Автореферат диссертации (Разработка технологии биологической очистки сточных вод от соединений азота в аэрационных сооружениях циркуляционного типа в низкокислородных условиях), страница 2

Владивосток) и очистныхсооружений реабилитационного отделения многопрофильного медицинскогоцентра Банка России (Московская область).Личный вкладЛичный вклад соискателя состоит в составлении программы ивыполненииисследования,направленногонаразработкутехнологииглубокой биологической очистки сточных вод от азота. Обоснована ипрактическидоказанаисследованияхтеориявлабораторныхвозможностииполупроизводственныхпроведенияодновременнойнитрификации и денитрификации в низкокислородных условиях приповышенной горизонтальной скорости потока иловой смеси в аэрационномсооружении циркуляционного типа.

К личному вкладу также относятсянаписание научных статей и апробация результатов исследования.Область исследования соответствует требованиям паспорта научнойспециальности05.23.04«Водоснабжение,канализация,строительныесистемы охраны водных ресурсов».ПубликацииОсновныенаучныерезультатыдиссертацииопубликованыврецензируемых изданиях. Материалы диссертации опубликованы в 15печатных работах, в том числе 4 статьи напечатаны в журналах, входящих в«Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны бытьопубликованы основные научные результаты диссертаций на соисканиеученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук»ВАК Минобрнауки РФ, 5 работ опубликованы в журналах, входящих в Webof Science (Core Collection), Scopus.Структура и объём работыДиссертация изложена на 166 страницах машинописного текста,10включает 70 рисунков, 34 таблицы и состоит из введения, четырех глав,заключения, списка литературы из 143 наименований, в том числе — 105 наиностранном языке, и приложений.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность диссертационной работы,сформулированы цель и задачи исследования, определены объект и предметисследования, представлены положения, выносимые на защиту, научнаяновизна и практическая значимость исследования, перечислены основныенаучные и практические результаты, публикации по теме, объем и структураработы.В первой главе изложены принципы и перспективы использованияаэрационныхсооруженийциркуляционноготипадляглубокойбиологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от соединенийазота, а также принципы одновременной нитрификации и денитрификации.Представлен и проанализирован опыт исследования данного процесса и егоэффективного применения в данных сооружениях для очистки хозяйственнобытовых сточных вод с удалением азота.Одновременная нитрификация и денитрификация — это явление,являющееся альтернативой создания в очистном сооружении макрозон сразличными кислородными режимами.

Особое значение оно приобретает всооружениях циркуляционного типа, где создание соответствующих зонзатруднено в связи с высокой горизонтальной скоростью циркуляционногопотока. Особенность одновременной нитрификации и денитрификациизаключается в том, что две биохимические реакции — нитрификация иденитрификация — протекают одновременно в одном и том же реакторе приодних и тех же условиях. Этот процесс также иногда называют «аэробнойденитрификацией».Основноефизическоеобъяснениеэтогоявлениязаключается в том, что одновременная нитрификация и денитрификацияпроисходит внутри флокул активного ила в результате возникающих11градиентовконцентрациирастворенногокислорода,зависящихотособенностей диффузии и наличия кислородных каналов в структурефлокулы. В центре флокул находятся аноксидные микрозоны, в которыхгетеротрофные денитрифицирующие бактерии способны восстанавливатьNOx до газообразного азота в ходе традиционной реакции денитрификации.Размер флокул напрямую влияет на объем аноксидных микрозон и,соответственно, на эффективность удаления азота.Анализ основных направлений и результатов исследований в областиодновременной нитрификации и денитрификации выявил, что несмотря назадокументированныеслучаивозникновенияданногопроцессаваэрационных сооружениях, в том числе циркуляционного типа, вопроспроектированияиподбораоптимальныхконструктивныхиэксплуатационных параметров для данной технологии в целом остаетсянерешенным, и представленная в разных источниках информация по немусильно различается.Во второй главе описаны экспериментальные методы исследования,ход и результаты лабораторных экспериментов на модельной жидкости.Экспериментальные методы исследования состояли из длительного повременимоделированияпроцессовбиологическойочисткиссопровождением регулярными химическими анализами жидкости на разныхтехнологических этапах процесса с последующим построением зависимостейскоростей реакций окисления органических веществ и аммонийного азота наосновании уравнений Михаэлиса-Ментена для разных этапов исследования сприменением способа Лайнувера-Берка, а также с оценкой эффективностиочистки сточных вод от соединений азота и органических веществ.Результаты технологических тестов определения скорости денитрификации иокисления аммонийного азота ex situ, оценка седиментационных свойств ибиофлокуляционного потенциала активного иласвидетельствовали окачестве и стабильном состоянии активного ила при проведении процессаодновременнойнитрификациииденитрификации.Отдельно12устанавливались зависимости стесненной скорости осаждения флокулактивного ила при различных технологических режимах работы системы отдозы активного ила.

Проведены исследования распределения размеровфлокул активного ила при различных технологических режимах методомлазерной дифракции, исследования структуры флокул, количества и степениактивности индикаторных микроорганизмов (в том числе нитчатыхмикроорганизмовактивногоила)методамиоптическойсветовоймикроскопии по живой капле и растровой электронной микроскопии вестественной среде и при пониженном вакууме, исследования количествафункциональныхгеновархейибактерий(нитрификаторовиденитрификаторов) методом полимеразной цепной реакции в реальномвремени (ПЦР-анализ).Лабораторные эксперименты состояли из 2 этапов и выполнялись налабораторныхмоделяхаэрационныхциркуляционныхсооруженийразличных конструктивных типов. Каждый этап состоял из подэтапов (всего16 подэтапов), соответствующих различным технологическим режимамработы.

Схемы лабораторных моделей представлены на рисунке 1.Рисунок 1 – Принципиальные схемы лабораторных моделей. А –этап 1.1, Б – этап 1.2, В – этап 2. 1 – насос-дозатор, 2 – биореактор, 3 –вторичный отстойник, 4 – механическая мешалка, 5 – системапневматической аэрации13На первом этапе использовалась модель циркуляционного сооруженияс вертикальным потоком иловой смеси, обеспечивающим наилучшие условиядля биохимии процесса. В качестве субстрата использовалась модельнаясточная жидкость, по химическому составу близкая к реальной сточной воде.Процесс изучался при различных средних скоростях потока (от 0,02 м/с до0,2 м/с) и различных средних концентрациях растворенного кислорода (от 0,1мг/л до максимального насыщения на уровне 6,5 мг/л). Этап состоял из 6подэтапов с различными технологическими параметрами.

Параметрыэксперимента представлены в таблице 1.Таблица 1 – Параметры эксперимента на этапе 1ПараметрыКонцентрация растворенного кислорода,мг/лСкорость потока, м/сПродолжительность очистки, чУдельная нагрузка на активный ил,г/(г∙сут)Подэтапы1.1-11.1-21.2-11.2-21.2-31.2-45-6,51,5-20,1/1,50,4/0,80,3/0,30,5/0,50,020,02-0,20,250,250,250,254777770,20,30,30,30,30,3На втором этапе использовалась установка с горизонтальным потокомжидкости.

В качестве субстрата также применялась модельная сточнаяжидкость. Этап состоял из 9 подэтапов, на которых рассматривались3 изменяемых параметра (факторы): концентрация растворенного кислорода,нагрузка на активный ил по органике, продолжительность очистки. Этаппоказал, что стабильность системы при одновременной нитрификации иденитрификации зависит от нагрузки по органике на активный ил. Приувеличении нагрузки свыше 0,15 гБПК/(г∙сут), вероятно нитчатое вспуханиеактивного ила.

При низких нагрузках в условиях интенсивного теченияиловой смеси со средней горизонтальной скоростью 0,2—0,3 м/с вероятностьнитчатого вспухания снижается. Параметры эксперимента на этапе 2приведены в таблице 2.14Таблица 2 – Параметры эксперимента на этапе 2ПодэтапыПараметры2.1–12.1–22.1–32.1–42.1–52.2–12.2–22.2–32.2–40,350,750,50,350,750,750,50,350,5Концентрациярастворенногокислорода, мг/лСкорость потока, м/сПродолжительностьочистки, чУдельная нагрузка наактивный ил, г/(г∙сут)0,2-0,36,56,577,57,56,5777,50,30,150,150,070,150,150,150,30,07В третьей главе описан ход и результаты 3 этапа исследования,выполненного в полупроизводственных условиях на действующих очистныхсооружениях Московской области (г.

Некрасовский). Для более точнойоценкипроцессовполупроизводственнуюбиологическойустановкуочисткигородскиепоступающиесточныеводывбылифракционированы по органическим веществам, что позволило оценитьсоответствие модельной жидкости и полученных ранее результатовлабораторных исследований. Полупроизводственный этап исследованияпоказал большую стабильность процесса при чуть более низких скоростяхреакций, что связано, с одной стороны, с большим разнообразиемпоступающей извне микрофлоры, а, с другой стороны, с меньшимсодержанием легкоокисляемых органических веществ по сравнению смодельной жидкостью. Сводная таблица со скоростями реакций искоростями стесненного осаждения флокул активного ила в установках и exsitu по этапам исследования представлена в таблице 3.15Таблица 3 – Скорости реакций и стесненного осаждения флокул активногоила по этапам исследованияСкоростьокисленияаммонийногоазота ex situСкоростьденитрификации ex situСкорость осажденияфлокул активного ила1.1-1———1.1-2———ПодэтапСкоростьокисленияаммонийногоазотаСкоростьокисленияорганическихвеществсистема нестабильна1.2-11.2-27,428,88система нестабильна1.2-31.2-48,828,612.14,116,532.28,6110,1537,499,31Установлено распределение размера флокул в иловой смеси приразличных технологических режимах на всех этапах исследования.