Диссертация (1141490), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Дляпрерывания работы или включения тех или иных функций используется системаQS, способная экстренно выключать синтез автоиндукторов, либо распространятьсигналы в нужном направлении. Для длительной остановки сигнала в биопленкемогутвырабатыватьсявещества-индукторы,подавляющиесинтезаутоиндукторов. Из водной среды уже выделены бактерии, которые способнывызывать деградацию молекул автоиндукторов за счет их деструкции.Особенно характерно для биопленок наличие внутри микроколонийбиопленкиразличныхсред(напоминаетцитодифференцировкуумногоклеточного организма). Но раз биопленка не просто механическоеобъединение микроорганизмов, а сложная дифференцированная система, то ивходящие с нее виды способны выделять такие вещества, которые они никогда непродуцируют, будучи в культуре.
Соответственно, и поведение микроорганизмовв биопленке, отличается от того, которое наблюдается в чистой культуре [9].Одной из важных особенностей биопленки биофильтра является ее развитаярабочая поверхность, которая может быть увеличена за счет применения28пористойзагрузкииммобилизованнойразличныебиофильтра[25].микрофлоройдлябиологическиинертныеВбиофильтрахнаращиванияносителииреакторахбиомассы(«биозагрузку»),сприменяютнапример,керамика, пеностекло, органические полимерные элементы, или устройства,позволяющие увеличить рабочую поверхность контакта биопленки с очищаемойводой, например, дисковые фильтры [41].1.3.
Конструктивное исполнение контактных загрузочных материаловносителей биомассыВажнейшейсоставнойчастьюконтактногобиореактораявляетсязагрузочный материал. Именно конструкция биозагрузки определяет количествобиомассы в биореакторе, контактную площадь биопленки с обрабатываемойсточной водой, толщину пленки, доступность кислорода и т.д. [92,113,115]. Всевышеперечисленные параметры напрямую влияют на эффективность работыконтактного биореактора. Все загрузочные материалы делят на две категории[56,57,65,70,74,77,82]:• объемные загрузки;• плоскостные загрузки.В качестве объемной загрузки в биофильтрах применяется гравий, шлак,керамзит, и другие материалы с пористостью (40-50%) [76]. Основным ихнедостатком является малая удельная поверхность, неподвижность материала припрохождении через него сточных вод, риск заиливания.Развитием этих систем стало применение плоскостной загрузки – различныепластмассовые, керамические и металлические изделия (со значительнойудельной площадью поверхности, пористости более 70 % и малой плотностью),которые применяются в массообменных колоннах и аппаратах.
В дальнейшемпоявлялись новые загрузочные материалы из полипропилена, полиэтилена,жесткого поливинилхлорида и полистирола, увеличивалась площадь их удельнойповерхности.29Применение плоскостной загрузки позволило увеличить окислительнуюмощность биофильтров с гравием в 1,5 раза [76].Важным технологических параметром является крупность зерен загрузки.Слишком мелкие зерна подвержены заиливанию, что способствует ухудшениюциркуляции воздуха. Крупные зерна отличаются меньшей эффективностью, ноболее неприхотливы в эксплуатации.
Заиливание загрузки может приводитьнеравномерному распределению жидкости и снижению эффективности очистки.Снижение степени заиливания возможно за счет применения биофильтров слистовой и рулонной пластиковой загрузкой. Они отличаются увеличеннойстепенью рециркуляции и гидравлической нагрузкой. Увеличение пористости ибыстрый проток жидкости препятствуют заиливанию.Объемные загрузки с небольшими внутренними полостями, такие каккольца Рашига и кольца Палля, а также их производные, подвержены заиливаниюи требуют периодической регенерации с очищением внутреннего пространствазагрузки (рисунок 1.7).абРисунок 1.7 – Типы загрузочных материалов: а – кольца Рашига; б – кольца ПалляХорошо зарекомендовала себя загрузка «биочипсы», которая являетсясовременной модификацией седел Берля (рисунок 1.8). Современные плавающиезагрузочные материалы [43,44] обладают высокой плавучестью и очищаемостьюсобственной поверхности при трении между собой (рисунок 1.9,1.10).30Рисунок 1.8 – Различные модели материала-носителя «биочипсы»:а – без прикрепленной биомассы, б – с нарощенной биомассойРисунок 1.9 – Материалы-носители, используемые для реализации Kaldnesпроцесса: 1- BioFLO 40 (удельная площадь поверхности материала 305 м2/м3),2,3 – разные модели BioFilmChip M (удельная площадь поверхности материала1200 м2/м3), 4 – K3 (удельная площадь поверхности материала 500 м2/м3)31Рисунок 1.10 – Загрузки К1 и К3 для Kaldnes-процессаС точки зрения ускорения монтажа и демонтажа загрузки в биофильтры ибиореакторы широкое применение получила блочная загрузка (рисунок 1.11).Однако ее недостатком является малое конструктивное пространство междуотдельными элементами, которое может заполняться твердыми включениями изаиливается в процессе эксплуатации, а также меньшая относительно плавающейзагрузки удельная поверхность.Рисунок 1.11 – Виды блочной загрузкиСреди жестко закрепленной загрузки наибольшее распространение в РФполучила ершовая загрузка (рисунок 1.12), показывающая хорошие результатыочистки.
Она представляет собой каркасный стержень, на котором крепятсянормально направленные щетины. Данная загрузка обладает высокой удельнойповерхностью, а плотная расположение элементов позволяет работать загрузкекак фильтру.32Однако данная загрузка имеет и ряд недостатков. Стержень (сердечник)ершовой загрузки выполняется из металла, что приводит к его коррозии,выпадению щетин и разрушению конструкции ерша. Щетины имеют большуюдлину, что может приводить к откреплению биомассы при высокой динамикепотоков жидкости и воздуха.Ближе к сердечнику расстояние между щетинами сокращается, чтоприводит к зарастанию части загрузки и образованию внутри нее мертвых зон.При формировании большого количества элементов в кассету может наблюдатьсясоприкосновение между отдельными элементами, что наряду с обеспечениемглубокой фильтрации воды приводит к затруднению внутренней циркуляциижидкости через кассету при заиливании поверхности носителя.
Это приводит кснижению контактной площади, заиливанию загрузки и нарушению расчетныхтехнологических параметров процесса очистки сточных вод. Разрушениесердечника также может приводить к поломке насосов, перекачивающихжидкость с отпавшими щетинами, полному разрушению элементов загрузки подсобственным весом при плановом опорожнении сооружений.Сравнение некоторых загрузочных материалов приведено в таблице 1.5.Таблица 1.5Характеристики биозагрузочного материала [64,76]ЗагрузочныйматериалСтранаПолигридДоупакСэфпакФлокорФловикГидропакКлоузенилПолицилRatz BT-10K1/FishAgro/VanecoСШАСШАСШАВеликобританияВеликобританияГерманияФранцияРоссияГерманияРоссияУдельнаяплощадьповерхности,м2/м34580829086-1602002201328790668Прозорность,%Материал9594949692-9695-9792до 90%до 92%до 94%ПолистиролСаранПолистиролПоливинилхлоридПоливинилхлоридПоливинилхлоридПоливинилхлоридПолиэтиленПолипропиленПолипропилен33Рисунок 1.12 – Применение ершовой загрузки: 1,2 – внешний вид отдельныхэлементов; 3,4 – сблокированная в кассеты для применения в биореакторах;5 – применение в биореакторе малой производительности; 6 – применение вкапельном биофильтреИз рассмотренных выше загрузочных материалов ершовая загрузкаявляетсяоднойизсамыхраспространенныхзагрузокдляконтактныхбиореакторов в РФ.
Она производится более чем пятьюдесятью Российскимикомпаниями. Принимая этот факт во внимание, дальнейшее сравнение иэкспериментальные исследования будут проводиться с данным загрузочнымматериалом-носителем.Контактные биореакторы с загрузкой являются эффективным решением дляочистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод, сочетая в себепреимущества активного ила и биопленки и устраняя их недостатки. Актуальным34представляется модернизация действующих сооружений за счет монтажабиозагрузкивсуществующиеобъемы,чтозначительноповышаетихокислительную мощность. Совершенствование конструкции биозагрузки должнобыть направлено на предотвращение ее заиливания и повышение контактнойповерхности и устойчивости к неравномерной гидравлической и массовойнагрузке.Выводы по главе 11.
Показанапринципиальнаявозможностьинтенсификацииработысооружений биологической очистки за счет применения загрузочных материалов,что позволяет использовать преимущества свободноплавающих и прикрепленныхбиоценозов.2. Перспективным загрузочным материалом для контактных биореакторовявляется плоскостная жесткозакрепленная загрузка, которая обладает развитойудельной контактной поверхностью, удобством монтажа и демонтажа пристроительстве и обслуживании сооружений.3. Актуальным является разработка загрузочного материала с развитойповерхностью, большим сроком службы и обеспечивающий интенсивный ростприкрепленного биоценоза.4. Исследование эффективности загрузочного материала должно бытьнаправлено на исследование структуры и видового состава формируемого на нембиоценоза, окислительной мощности единицы объема загрузки и массыбиоценоза,устойчивостисооруженийкнеравномерноймассовойигидравлической нагрузке.5.
Ершовая загрузка является одной из самых распространенных загрузокдляконтактных биореакторов вРФ.Онаобладает высокой удельнойповерхностью, удобством монтажа и демонтажа, однако в ее составе естькорродирующие элементы, а структура щетин может приводить к заиливаниюповерхности. На основании вышесказанного данная загрузка выбрана в качествеаналога при проведении дальнейших исследований.35ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ БИОПЛЕНКИ НАБИОЗАГРУЗКАХ ПЕТЕЛЬНОГО И ЕРШОВОГО ТИПОВ2.1. Разработка загрузки для контактных биореакторов2.1.1. Определение формы биозагрузкиРазработка и конструирование биозагрузки основывались на оптимизацииформирования многовидового биоценоза за счет создаваемой многоуровневойповерхности для прикрепления микроорганизмов.
При этом важным являлосьформирования биопленок не только на внешней, но и на внутренней поверхностиматериала.За один из оптимальных параметров принято удельное отношение площадииммобилизации микроорганизмов к объему, который занимает биозагрузка.Также учитывались биоинертность и коррозионная стойкость применяемыхматериалов, конструктивная прочность, монтажная и эксплуатационная простота.В результате моделирования был выбран приемлемый способ изготовленияобразца загрузки, выполнено опытное макетирование теоретической моделиизделия.Аналогом для проведения исследований выбрана ершовая загрузка,получившая широкое распространение для контактных биореакторов. Онасостоит из каркасного стержня с закрепленными нормально направленнымищетинами (рисунок 2.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
