CC BY
115
УДК 628.39:663.5
В. Н. Саинова, Т. А. Аронова, Д. И. Саинов*
Астраханский государственный технический университет Астраханский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД СПИРТОВОГО ЗАВОДА
Строительство и эксплуатация очистных сооружений промышленных предприятий требуют больших материальных затрат, снижение которых возможно за счет выбора оптимальных конструктивных и технологических параметров.
Кроме экономии финансовых средств, оптимизация данных параметров позволяет значительно уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую среду вследствие сокращения количества сбросов сточных вод с высоким содержанием загрязняющих веществ, каковыми являются стоки спиртовых заводов.
В результате экспериментальных исследований на натуральной сточной воде спиртового завода было выявлено, что наиболее эффективным способом очистки концентрированных сточных вод является многоступенчатая биологическая очистка.
В технологической схеме, разработанной в процессе экспериментальных исследований, биологической очистке в аэробных условиях подвергается весь производственный сток спиртового завода, перерабатывающего зерновое сырье.
Биологическая очистка осуществляется в аэротенках I и II ступеней с промежуточными отстойниками. Деление процесса на ряд ступеней позволяет интенсифицировать процесс биологической очистки. Анализ проведенных исследований показывает, что двухступенчатая схема производительней одноступенной, т. к. происходит перераспределение скоростей по ступеням. Удельная скорость окисления органических веществ на I ступени выше, чем на II из-за более высоких остаточных концентраций субстрата. На I ступени активный ил находится в условиях избыточного количества субстрата, и удельная скорость окисления приближается к максимальной. На II ступени активный ил испытывает недостаток субстрата. Кроме того, на каждой ступени происходит развитие специфической микрофлоры за счет автоселекции микроорганизмов, наиболее приспособленных к данным условиям, и мутационных изменений культуры. При исследованиях активный ил на I и II ступенях аэротенка обладал хорошими седимен-тационными свойствами, не наблюдалось его вспухания, а иловый индекс был сравнительно низким и не превышал 100 см3/г.
Процесс очистки сточных вод контролировался по БПК5 исходной и очищенной воды, дозе ила, зольности ила, концентрации растворенного кислорода, иловому индексу. Рассматриваемые параметры определяли по стандартным методикам.
В результате исследований получены зависимости окислительной мощности и удельной скорости окисления от концентрации загрязнений в очищенной воде на I и II ступенях (рис. 1, 2).
£
с
ш
5, мг БПК/л
Рис. 1. График зависимости окислительной мощности аэротенков от концентрации органических веществ в очищенной воде на I и II ступенях
0 „ . 500 1 000 1 500 2 000 2 500
Кт I
5, мг БПК/л
Рис. 2. Графики зависимости удельной скорости окисления от концентрации органических веществ в очищенной воде на I и II ступенях
Из приведенных зависимостей видно, что с увеличением концентрации органических загрязнений окислительная мощность и удельная скорость окисления возрастают.
Зависимость удельной скорости окисления от концентрации загрязнений в выходящем стоке может быть описана уравнением ферментативных реакций, значения кинетических констант которого определены экспериментально. Максимальная скорость окисления на I ступени Ктах1 = 50, на II ступени - ^тах2 = 29,67 мг БПК/(гч).
Константа К для аэротенка I ступени выше, чем для аэротенка II ступени и составляет соответственно 132 и 14,7 мг/л.
Полученные кинетические зависимости позволяют оптимизировать исследуемую схему очистки. Поиск оптимального соотношения объемов ступеней и соответствующих технологических режимов эксплуатации сооружений основан на определении условий, обеспечивающих минимальные объемы сооружений.
Анализу подвергалась двухступенчатая аэробная схема при работе сооружений на полную биологическую очистку до БПК = 25 мг/л и неполную очистку - до БПК = 250 мг/л. Удельная скорость окисления для каждого варианта рассчитывалась в условиях постоянства дозы активного ила.
Основные технологические параметры работы сооружений при различном соотношении ступеней представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Технологический расчет при биологической очистке с доочисткой на городских сооружениях (до БПК 250 мг/л)
БПК исходной воды, мгБПК/л I ступень II ступень ЕТ, ч
, -5 ^ А В из [Я и -в £ ? н Я и и О щО а ЧД осП X ЯдО и ° 2 & г в Н № г я мин ® * » »о и щ я а Я Я ч <ч Еа В из И и -в £ ? н Я и и я ^ О щО а чд осП X Я и и «и ° 2 & г в Н № г я мин § я 2 »о и щ Я а Я Я
4 900 300 34,72 38,51 250 28,02 0,86 39,3
4 900 350 36,31 36,43 250 28,02 1,72 38,1
4 900 400 37,59 34,80 250 28,02 2,57 37,3
4 900 450 38,66 33,46 250 28,02 3,43 36,8
4900 500 39,56 32,33 250 28,02 4,29 36,6
4 900 600 40,98 30,50 250 28,02 6,00 36,5
4 900 650 42,07 29,37 250 28,02 6,86 36,2
4 900 800 42,92 27,77 250 28,02 9,44 37,2
4 900 900 43,60 26,67 250 28,02 11,15 37,8
4 900 1 000 44,17 25,67 250 28,02 12,87 38,5
4 900 1 250 45,22 23,46 250 28,02 17,16 40,6
4 900 1 500 45,96 21,51 250 28,02 21,45 42,9
4 900 1 750 46,49 19,70 250 28,02 25,74 45,4
4 900 2 000 46,90 17,97 250 28,02 30,02 47,9
4 900 2 250 47,23 16,31 250 28,02 34,31 50,6
4 900 300 34,72 38,51 250 28,02 0,86 39,3
Таблица 2
Технологический расчет при полной биологической очистке (до БПК 25 мг/л)
Л ^ - о ^ ^ 03 ^ и Не ^ = о 2 и о 8 I ступень II ступень ЕТ, ч
,-5 В из и - Скорость окисления, мгБПК/(г-ч) § * в Н яяи мин » * « и ^ н »о и щ я рн с , ч Ей В из Бг Скорость окисления, мгБПК/(г-ч) Время пребывания воды на ступени Т, ч
4 900 35 10,48 134,96 25 18,68 0,26 135
4 900 50 13,74 102,64 25 18,68 0,64 103
4 900 75 18,12 77,42 25 18,68 1,29 78,7
4 900 100 21,55 64,74 25 18,68 1,93 66,6
4900 125 24,32 57,08 25 18,68 2,57 59,6
4 900 150 26,60 51,92 25 18,68 3,22 55,1
4 900 200 30,12 45,36 25 18,68 4,50 49,8
4 900 250 32,72 41,31 25 18,68 5,79 47,1
4 900 500 39,56 32,33 25 18,68 12,22 44,5
4 900 750 42,52 28,37 25 18,68 18,66 47,0
4 900 1 000 44,17 25,67 25 18,68 25,09 50,7
4 900 1 250 45,22 23,46 25 18,68 31,52 54,9
4 900 1 500 45,96 21,51 25 18,68 37,95 59,4
4 900 2 000 46,90 17,97 25 18,68 50,82 68,7
4 900 2 500 47,49 14,69 25 18,68 63,69 78,3
4 900 35 10,48 134,96 25 18,68 0,26 135
Концентрация активного ила на I ступени аэротенка составляет 3,8-4,2 г/л, на II ступени - 2,4-2,8 г/л, зольность ила на I ступени - 0,14, на II ступени - 0,2.
Концентрация загрязнений в исходной сточной воде принята 4 800-5 000 мг/л.
Представив полученные данные графической зависимостью на рис. 3, можно сделать вывод, что оптимальная степень очистки при работе сооружений на полную очистку после I ступени составляет 450-600 мг/л.
5, мг БПК/л
— кривая 1 - очистка на II ступени до БПК 220 мг/л кривая 2 - полная биологическая очисткк
Рис. 3. Зависимость суммарного объема аэротенков от качества очистки сточной воды на I ступени
При эксплуатации сооружений в режиме предварительной очистки с последующей доочисткой на городских сооружениях, оптимальная степень очистки после I ступени составляет 450-700 мг/л, после II ступени -250 мг/л.
Константы уравнений ферментативных реакций биологической очистки сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье, полученные впервые, позволили разработать и оптимизировать эффективную технологическую схему очистки этих вод, которая явилась основой для оформления патента на способ очистки.
Статья поступила в редакцию 24.03.06, в окончательном варианте - 7.04.06
OPTIMIZATION OF PROCESS OF BIOLOGICAL TREATMENT OF THE DISTILLERY SEWAGE
V. N. Sainova, T. A. Aronova, D. I. Sainov
Construction and operation of clearing constructions of the industrial enterprises demand great material inputs decrease of which is possible due to a choice of good constructive and technological parameters. The two-level aerobic scheme was exposed to the analysis in construction work at full biological clearing up to biochemical oxygen demand = 25 mg/l and incomplete clearing up to biochemical oxygen demand = 250 mg/l. Specific rapidity of oxidation for each variant was calculated in conditions of a constant doze of active silt. Experimentally certain and calculated parameters will allow to appreciate an opportunity of dump of the cleared sewage both in the city water drain and in a reservoir, and to execute technical and economic analysis of efficiency of application of the given kind of clearing with reference to the sewage of distilleries processing grain raw material.
