Автореферат диссертации (Разработка технологии биологической очистки сточных вод от соединений азота в аэрационных сооружениях циркуляционного типа в низкокислородных условиях)

На правах рукописиГульшин Игорь АлексеевичРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИСТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА В АЭРАЦИОННЫХСООРУЖЕНИЯХ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ТИПА ВНИЗКОКИСЛОРОДНЫХ УСЛОВИЯХ05.23.04 — Водоснабжение, канализация, строительные системы охраныводных ресурсовАвторефератДиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква — 20182Работа выполнена на кафедре водоснабжения и водоотведенияфедерального государственного бюджетного образовательного учреждения«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственныйстроительный университет»Кандидат технических наук, доцентНаучный руководитель:Гогина Елена СергеевнаОфициальные оппоненты: Павлинова Ирина Игоревнадоктор технических наук, профессор,АО «МосводоканалНИИпроект», отдел № 40«Учебный центр», старший научныйсотрудникТеплых Светлана Юрьевнакандидат технических наук, доцент, ФГБОУВО«Самарскийгосударственныйтехническийуниверситет»,кафедра«Водоснабжение и водоотведение» академииСтроительства и архитектуры, доцентВедущая организация:ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургскийгосударственный архитектурностроительный университет»Защита состоится «13» февраля 2019 г.

в 15:00 часов (по местномувремени) на заседании диссертационного совета Д 212.138.10, созданного набазе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московскийгосударственный строительный университет», по адресу: 129337, г. Москва,Ярославское шоссе, д. 26, 9 студия «Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеФГБОУВО«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственный строительный университет» и на сайте www.mgsu.ruАвтореферат разослан «__»_____________г.Ученый секретарьдиссертационного советаГогина Елена Сергеевна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследованияС каждым годом вопросы сохранения окружающей среды приобретаютвсе более критическое значение. Несмотря на давно установившеесяоднозначное понимание мировым сообществом необходимости совместныхусилий, направленных на решение данного вопроса, многие экологическиепроблемы до сих пор требуют интенсивной работы.

Значительная часть этихпроблем касается сохранения экологического состояния водных ресурсов науровне,необходимомдлястабильногоразвитияисуществованиячеловеческого общества и неразрывно связанного с ним природного мира.Одна из подобных проблем связана с обеспечением глубокой очисткисточных вод от соединений азота для предотвращения эвтрофикацииводоемов. Наиболее эффективным и экономичным способом удаления азотаиз городских сточных вод на данный момент является биологическая очисткав аэрационных сооружениях различного типа. Классические аэротенкипоказывают стабильное качество очистки сточных вод при различныхтехнологических схемах, но в то же время практика эксплуатации очистныхсооружений показывает, что при малых расходах сточных вод становитсяпредпочтительным использование сооружений циркуляционного типа,способных компенсировать влияние повышенной суточной неравномерностирасхода.На данный момент в мире ведутся исследования аэрационныхсооруженийциркуляционноготипа,втомчислециркуляционныхокислительных каналов, направленные на повышение качества очисткисточных вод.

В России изучению современных методов очистки сточных водв сооружениях подобного уделяется мало внимания, хотя подобныесооружения могут обладать рядом серьезных конструктивных преимуществ всравнениистрадиционнымисооружениямибиологическойочистки.Принимая во внимание отечественный и зарубежный опыт, одним изперспективных направлений исследований, подходящих для реализации в4условияхРоссийскойодновременнойФедерации,нитрификациииявляетсяразвитиеденитрификациивтехнологииаэрационныхсооружениях циркуляционного типа в низкокислородных условиях.Степень разработанности темыТеме одновременной нитрификации и денитрификации в сооруженияхразличного типа в наибольшей степени посвящены работы учёных: LindamJ., Abusam A., Bertanza G., Pochana K., Liu Y. В сооруженияхциркуляционного типа, этот процесс отдельно упоминался в работах Zhao H.W, Zhang P., Sun S-P.

В России существенный вклад в изучение данной темывнесли работы Баженова В.И., Козлова М. Н., Даниловича Д. А., Эпова А. Н.Однако, единого метода расчета аэрационных сооружений циркуляционноготипа, обеспечивающих глубокую биологическую очистку сточных вод отсоединений азота при низких концентрациях растворенного кислорода внастоящее время не предложено.Объект исследованияГородские канализационные очистные сооружения биологическойочистки.Предмет исследованияПроцесс очистки сточных вод от соединений азота в аэрационныхсооруженияхциркуляционноготипапринизкихконцентрацияхрастворенного кислорода.Цель исследованияРазработка технологии глубокой биологической очистки сточных водот соединений азота с определением технологических параметров процессаодновременнойсооруженияхнитрификациициркуляционногоиденитрификациитипапринизкихваэрационныхконцентрацияхрастворенного кислорода.Задачи исследования—Разработка технологии глубокой биологической очистки сточныхвод от соединений азота в аэрационных сооружениях циркуляционного типа5в условиях пониженного содержания растворенного кислорода;—Определение основных технологических параметров работыаэрационныхсооруженийциркуляционноготипадляреализацииэффективного процесса одновременной нитрификации и денитрификациисточных вод;—Математическоеописаниепроцессаодновременнойнитрификации и денитрификации сточных вод в аэрационных сооруженияхциркуляционного типа в условиях пониженного содержания кислорода;—Разработкаметодикирасчетааэрационныхсооруженийциркуляционного типа, работающих в низкокислородных условиях содновременной нитрификацией и денитрификацией;— Технико-экономическое обоснование разработанной технологии.Научная новизна— Научно доказана и экспериментально подтверждена реализацияпроцесса глубокой биологической очистки сточных вод – одновременнойнитрификациииденитрификацииваэрационныхсооруженияхциркуляционного типа в условиях пониженного содержания кислорода свысокой степенью внутренней рециркуляции для очистки сточных вод отсоединений азота;— Установлены математические зависимости, описывающие процессочистки сточных вод при одновременной нитрификации и денитрификации,в том числе седиментационные характеристики биомассы, при различныхтехнологическихпараметрахработыаэрационныхсооруженийциркуляционного типа в условиях пониженного содержания кислорода;— Показано наличие достаточного количества и распределениенитрифицирующих и денитрифицирующих микроорганизмов во флокулахактивного ила, осуществляющих в единых низкокислородных макроусловияхпроцессы нитрификации и денитрификации.Теоретическая и практическая значимость исследования—Разработанаитеоретическиобоснованатехнология,6позволяющая осуществлять очистку хозяйственно-бытовых сточных вод отсоединений азота при низких концентрациях растворенного кислорода ваэрационных сооружениях циркуляционного типа;—Установленазависимостьэффективностиодновременнойнитрификации и денитрификации, а также седиментационных характеристикбиомассы от размеров и состава флокул;—Разработанациркуляционноготипа,методикарасчетаоснованнаянааэрационныхконцентрациисооруженийрастворенногокислорода, скорости потока и продолжительности пребывания сточных вод вбиореакторе;—Определеныоптимальныережимыработыаэрационныхсооружений циркуляционного типа в условиях пониженного содержаниякислорода для обеспечения эффективной очистки сточных вод отсоединений азота;—Разработанырекомендациипоприменениюразработаннойтехнологии для строительства очистных сооружений Всероссийскогодетского центра «Океан» и реконструкции очистных сооружений вРеабилитационном отделении Многопрофильного Медицинского центраЦентрального Банка РФ.Методология и методы исследованияМетодология исследования заключается в анализе научно-техническойинформации по российским и зарубежным источникам, сборе, обобщении ианализеэкспериментальныхданныхпорезультатамфизическогомоделирования, математического описания с использованием законовгидродинамики и биохимии.Методы исследования:—методы планирования эксперимента;—моделирование процессов очистки сточных вод на модельнойжидкости и реальной сточной воде;—апробациярезультатовлабораторныхисследованийв7полупроизводственных условиях;—методы технологического контроля параметров активного ила;—методы математической статистики;—микроскопические методы исследования;—метод лазерной дифракции;—метод количественной полимеразной цепной реакции в реальномвремени.Положения, выносимые на защиту—Результаты лабораторных и полупромышленных экспериментовна модельной жидкости и реальной сточной воде, выполненные приразличных технологических режимах, обеспечивающих одновременнуюнитрификацию и денитрификацию, описанные в виде математическихуравнений с эмпирически установленными коэффициентами;—Результаты исследований активного ила, работающего потехнологии одновременной нитрификации и денитрификации, эмпирическиописывающие характеристику биомассы от технологических режимов;—Оптимальныетехнологическиепараметрыдляреализациипредложенной технологии;—Рекомендациидлярасчетааэрационныхсооруженийциркуляционного типа, работающих с одновременной нитрификацией иденитрификацией.Степень достоверности полученных результатов подтверждаетсядлительностью экспериментов, сходимостью результатов, полученных влабораторныхиполупроизводственныхусловиях,применениемстандартизированных методов измерений и анализа, использованиемметодов статистической обработки результатов.Апробация результатов работыОсновные результаты исследования выносились на обсуждение наконференциях и семинарах: 13-й международный водный форум «Вода:экология и технология» ЭКВАТЭК 2018 (25–27 сентября 2018 г., Москва),8ВосемнадцатаяМеждународнаямежвузовскаянаучно-практическаяконференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых«Строительство — формирование среды жизнедеятельности» (22—24 апреля2015г.,Москва),Международнаянаучнаяконференция"Молодыеисследователи - регионам" (21—22 марта 2015 г., Вологда), IWA 7th EasternEuropean Young Water Professionals Conference (17—19 Сентября 2015 г.,Белград, Сербия), International scientific seminar «Solutions and approaches intechnologies for water supply and wastewater treatment» (1 октября 2015 г.,Москва), Międzynarodowe Forum Studenckim w Kielcach (16—19 ноября 2015г., Кельце, Польша), Межрегиональная научная конференция «IX Ежегоднаянаучная сессия аспирантов и молодых ученых» (26—27 ноября 2015 г.,Вологда), Круглый стол «II Московская экорезиденция.

Перспективыустойчивого развития Москвы: практическое применение научных проектов»(15 декабря 2015 г., Москва), Х Международная межвузовская научнопрактическая конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодыхучёных «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (26 – 28апреля2017г.,Москва),IXМеждународнаянаучно-практическаяконференция «Технологии очистки воды» «Техновод 2016» (5–7 октября2016 г., Ростов-на-Дону), семинар "Urbanes Infrastrukturmanagement" (28февраля—3 марта 2016 г., Веймар, Германия), XX Международнаямежвузовская научно-практическая конференция студентов, магистрантов,аспирантов и молодых ученых «Строительство – формирование средыжизнедеятельности» (26–28 апреля 2017 г., Москва), IWA 9 th EasternEuropean Young Water Professionals Conference (24—27 Мая 2017 г.,Будапешт, Венгрия), Международный Форум студентов, магистров имолодых ученых вузов-участников Российско-Киргизского консорциуматехнических университетов (21—24 сентября 2017 г., Бишкек, КиргизскаяРеспублика), XXI International Scientific Conference on Advanced In CivilEngineering «Construction — the formation of living environment» (25—27апреля 2018 г., Москва).9Методические и проектные рекомендации, разработанные в результатеисследования,былииспользованыприразработкепредпроектныхрекомендаций для реконструкции действующих очистных сооруженийВсероссийского детского центра «Океан» (г.