Диссертация (1141490), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Однако в процессе проведенияэкспериментаотмечено,чтопризначительномнаростебиопленки(соответствующему 3,3-3,5 кг на одном элементе), масса начинает отслаиваться,блокировать промежутки между элементами, что приводит к нарушениютехнологическогорежимаработыбиореактора.Поэтомуцелесообразноограничить ее величиной равной 3,4 кг, которая принята за расчетную.Для данных значений веса биомассы и температуры по формуле (2.12)получена высота петли равная 15 мм.48Установлено, что при данной высоте петли формировались мостики междумикроорганизмами с соседних петель, что повышало адгезию.
При большихзначениях наблюдалось заиливание материала, разрушение мостиков и смывбиоценоза с загрузки. При меньших значениях высоты петли – вес биомассы и еезакрепленность на поверхности загрузки ниже.2.1.3. Параметры разработанной петельной биозагрузкиВ результате проведенного эксперименты геометрические и физикомеханическиехарактеристикамистандартного(единичного)установочногоэлемента (рисунок2.9, таблица 2.5).Рисунок 2.9 – Размеры элемента петельной биозагрузки49Таблица 2.5Геометрические и физико-механические характеристики петельной загрузкиГабаритные размерыстандартного (единичного)установочного элементаПараметрЗначениеДлина, мм1000 ± 3Диаметр наружный, мм124 ± 3Диаметр внутренний, мм80 ± 3Пористость материала наружного слоя петельной загрузки, %96,3Пористость материала каркаса (зона энзимного гидролиза), %74Удельная площадь поверхности конструкционная (поконструкционному объему элемента биозагрузки), м2/м3отношениюк1993*Удельная площадь поверхности физическая (по отношению к физическизанимаемому объему), м2/м33414*** - рассчитано как отношение площади поверхности к объему цилиндра (по габаритныммонтажным размерам)** - рассчитано как отношение площади поверхности к объему полого цилиндра (пофактическим геометрическим размерам)2.2.
Опытная установка с петельной и ершовой биозагрузкойДля сравнения характеристик разработанной загрузки с существующими вкачестве аналога была выбрана загрузка ершового типа, являющаяся наиболеераспространенной среди загрузок блочного, жесткозакрепленного типа.Характеристики петельной и ершовой биозагрузок приведены в таблице2.6.Таблица 2.6Характеристики единичных элементов петельной и ершовой биозагрузкиХарактеристикаБиозагрузкаПетельнаяЕршовая1993420736,8±1,5305,7±1,5Диаметр элемента, м0,1250,08Высота элемента, м11Удельная площадь поверхности биозагрузки, не менее, м2/м3Вес биозагрузки, г50Для исследования биозагрузок собрана экспериментальная установка(рисунок 2.10).
В двух непрерывно аэрируемых биореакторах (каждый объемом0,8м3), размещены ершовая и петельная кассеты биозагрузки.Сточные воды подавались из накопительной камеры после первичногоотстойника очистных сооружений полной биологической очистки Air Masterнасосами, работавшими по заданному временному графику включения. Удалениесточных вод производилось насосом, включавшимся по сигналу датчикапревышения уровня.В экспериментальной установке сборочные сегменты загрузок формироваликассеты, характеристики которых приведены в таблице 2.7.
Фотографии кассетзагрузок приведены на рисунке 2.11.Рисунок 2.10 – Схема экспериментальной установки: 1 - сточные воды изпервичного отстойника; 2 - подающий колодец; 3 - подача сточных вод наочистку; 4 - биореактор с петельной загрузкой; 5 - биореактор с ершовойзагрузкой; 6 - система аэрации; 7 - подача воздуха от компрессора; 8 - сборныйколодец; 9 - отвод очищенной сточной воды51Таблица 2.7Параметры кассет петельной и ершовой загрузкиТипзагрузкиКол-во вкассете, шт.Высота,ммПлощадь вплане, м2Петельная51000Ершовая241000а)Объем биозагрузкилм30,060460,350,06040,282628,260,2826б)Рисунок 2.11 – Кассеты биозагрузок в сборе:а – петельной загрузки, б – ершовой загрузки2.3. Исследование динамики роста биомассы2.3.1.
Методика исследованийЭкспериментальные исследования по оценке роста биомассы проведены наустановке, представленной на рисунке 2.10.Учитывая, одинаковое влагоудержание обоих типов загрузок, изучениеприроста биомассы осуществлялось в мокром весе, что давало возможностьсохранить локализацию бактерий и простейших в толще биопленки.Масса кассет загрузки в мокром виде до начала эксперимента составляла 5,7и 9,1 кг для петельной и ершовой загрузки соответственно. В дальнейшемфиксировался рост биомассы путем пятикратного взвешивания кассет загрузки52после стекания с них воды. После статистической обработки для расчетовпринималось осредненное значение.Подача сточных вод осуществлялась насосом производительностью 4,8м3/час, работа насоса составляла 2,5 минуты в час.
Состав очищаемых сточныхвод изменялся в незначительных пределах (БПК5 = 120-150 мгО2/л, ХПК = 200240 мгО/л). Основные параметры проведенного эксперимента приведены втаблице 2.8.Таблица 2.8Основные параметры экспериментаПараметрЗначениеПроизводительность насосов (расчетная)80л/мин (4,8м3/час)Нагрузка на биореактор (расчетная)0,2м3/час (4,8 м3/сут)Количество включений насосов2 включения в часПродолжительность работы насосов (одно включение)1 мин 15 секундВес петельной загрузки (сухой/мокрый)4,8/5,7 кгВес ершовой загрузки (сухой/мокрый)7,2/9,1 кгПолученные данные по весу загрузки с биомассой использовались врасчетах.
Для описания процесса роста биомассы на поверхности исследованныхзагрузочных материалов использованы следующие параметры:1. Вес биомассы при мокром взвешивании Mbw, кг, определялся по формуле:Mbw=Mm – Mm0 = ∆Mm,где(2.13)Mm0 , Mm – масса загрузки до и после нароста биомассы соответственно, кг.2. Изменение веса биомассы ΔMbw, кг, определялось по формуле:ΔMbw= Mbw2 – Mbw1,где(2.14)Mbw1, Mbw2 – вес биомассы при мокром взвешивании в начале и концерассматриваемого временного промежутка, кг.3. Объемный вес биомассы MbM, кг/м3 загрузки:M bM =M bw ,Vm(2.15)53гдеVm – объем загрузки, м3.4. Изменение веса биомассы в сутки υb, кг/сут:ub =гдеDM bw,DT(2.16)ΔT – рассматриваемый временной промежуток между взвешиваниями, сут.5. Скорость роста биомассы загрузки υbM, кг/(м3·сут) загрузки:ubMu= b.Vm(2.17)При проведении исследований отслеживалось количество биомассы примокром взвешивании.
Отобранные пробы биопленки с поверхности петельной иершовой загрузки были проанализированы, определена влажность биопленок,которая составила 96,2 %.Оценка изменения биомассы по сухому веществу проведена с учетомэкспериментально полученной влажности биопленки. Вес Мbd, кг, и изменениевеса биомассы ∆Мbd, кг, по сухому веществу рассчитаны по формулам:M bd =DM bd =гдеM bw (100 - Wb )100DM bw (100 - Wb)100(2.18),,(2.19)Wb – влажность биопленки, принимаем 96,2 %.2.3.2. Результаты исследованийПолученные данные по росту биомассы на загрузке представлены вприложении № 1 и 2.На рисунке 2.12 представлена динамика изменения веса биомассы примокром взвешивании на элементах биозагрузки в течение эксперимента.54Рисунок 2.12 – Динамика изменения веса биомассы на загрузкахРасчет роста биомассы по отношению к объему загрузки показал, что ростбиопленки протекал более интенсивно на петельной полимерной загрузке.Объемный вес биомассы на петельной загрузке в среднем в 5,15 раза превышаланалогичный показатель для ершовой (рисунок2.13).
По рисунку можно заметить,что формирование устойчивого количества биомассы завершается к 20 суткам,после чего вес биопленки изменяется незначительно.По результатам исследований для петельной загрузки отмечена высокаяудельная поверхность для прикрепления биопленки, так 1 м3 загрузки можетнакопить около 250 кг биомассы по мокрому взвешиванию, что соответствует 9,5кг по сухому веществу.Оценена удельная скорость изменения веса биомассы на единицу объемазагрузки в сутки (рисунок2.14).55Рисунок 2.13 – Объемный вес биомассыРисунок 2.14 – Скорость роста биомассы загрузки56Отмечается высокая скорость роста биопленки на единицу объемапетельнойзагрузке,имеющаяположительныезначениянапротяжениибольшинства эксперимента.
Наблюдалась четко выраженное колебание величиныроста, стабилизирующееся к 40 суткам работы реактора. При этом для петельнойзагрузки характерно открепление биопленки и последующее ее быстроевосстановление, что свидетельствует о хорошей обновляемости биомассы.Определена нагрузка на 1 м3 реактора и исследуемых биозагрузок (таблица2.9).Таблица 2.9Нагрузка по БПК5 и ХПК на опытной установкеПараметрОбъем реактора, м3Объем загрузки, лСредняя величина БПК5, мгО2/лСредняя величина ХПК, мгО/лРасход сточных вод, м3/сутБиозагрузкаПетельнаяЕршовая0,80,860,4282,61351352202204,84,8Нагрузка по БПК5 на реактор, г/(м3·сут)810810Нагрузка по ХПК на реактор, г/(м3·сут)13201320Нагрузка по БПК5 на загрузку, кг/(м3·сут)Нагрузка по ХПК на загрузку, кг/(м3·сут)Объемный вес при мокром взвешивании, кг/м310,717,52502,33,750Объемный вес по сухому веществу, кг/м39,51,92.4.
Изучение структур и свойств биопленок, формируемых назагрузках петельного и ершового типов2.4.1. Методика проведения микробиологических исследованийМикробиологический метод исследования. Микробиологический анализбиопленки, развивающейся на трехслойной полимерной загрузке, проводилсяпутем приготовления на предметных стеклах препаратов «давленая капля»изготовленных из проб, взятых из различных слоев биозагрузки.
Исследование57проводилось с помощью микроскопа «Биомед 3Л». Препараты исследовались внативном состоянии.Биоценоз биопленки в каждом слое загрузки изменялся на протяжениипроцесса очистки воды. По мере изменения содержания питательных веществ виле в нем происходило изменение числа микроорганизмов разных родов.В контактном биореакторе биомасса представлена в виде биопленки в видезооглейныхмикроорганизмов,простейших,коловраток,червей,личинокнасекомых, грибов и дрожжей. Доминирующая роль принадлежит бактериям имикроорганизмам с прочной внешней мембраной и способностью извлекатьрастворенные и взвешенные органические соединения, формировать устойчивыеслизистые структуры, для удержания при сильных потоках жидкости.Толщина биопленки зависит как от вида микроорганизмов, наличия ихарактера загрязнений, так и от внешних факторов – температуры среды,гидродинамических условий в очистном сооружении.Скорость отрыва старой биопленки от субстрата зависит от морфологии иструктуры поверхности загрузки биофильтра и от минерализованности самойбиопленки.Мелкие микроорганизмы образуют плотную пленку, а длинные нитчатыеформы, образуют рыхлую биопленку, которая быстрее дает осадок и попадает вотстойник биореактора, плохо осаждаемый ил.
Быстро нарастающая биопленкаприводит к росту скорости очистки, но требует увеличения интенсивностиаэрации, для поддержания концентрации кислорода на необходимом уровне.С инженерной точки зрения определяющими для технологического иконструктивногооформленияпроцессабиологическойочисткиявляютсяскорости изъятия загрязнений из очищаемой воды, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
