ИНТЕНСИФИКАЦИЯ  И  УПРАВЛЕНИЕ  ПРОЦЕССОМ  БИОЛОГИЧЕСКОЙ  ОЧИСТКИ  СТОЧНЫХ  БЫТОВЫХ  ВОД

Денисов  Сергей  Егорович

д-р  техн.  наук,  профессор,  заведующий  кафедрой  водоснабжения  и  водоотведения,  Южно-Уральский  государственный  университет

РФ,  г.  Челябинск

Е-mail: 

Максимов  Сергей  Павлович

магистрант,

Южно-Уральский  государственный  университет, 

РФ,  г.  Челябинск

Е-mail:  maksimov.7uni@yandex.ru

Алексеев  Иван  Андреевич

студент  4  курса,

филиал  Южно-Уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,

РФ,  г.  Златоуст

Е-mail: 

Максимова  Анастасия  Егоровна

студент  1  курса,

Южно-Уральский  государственный  университет, 

РФ,  г.  Челябинск

Е-mail:  balid@hotbox.ru

INTENSIFICATION  AND  CONTROL  OF  THE  SEWAGE  TREATMENT  PROCESS

Sergej  Denisov

Doctor  of  Sc.,  Full  Professor,  head  of  the  Department  water  supply  and  sanitation,

South  Ural  state  University,  Chelyabinsk

Russia,  Chelyabinsk

Sergej  Maksimov

master  student,  South  Ural  State  University,  Chelyabinsk

Russia,  Chelyabinsk

Ivan  Alekseev

A  4rd  year  student,  South  Ural  State  University,  Zlatoust  branch

Russia,  Zlatoust

Anastasija  Maksimova

A  1rd  year  student,  South  Ural  State  University,

Russia,  Chelyabinsk

АННОТАЦИЯ

Показана  необходимость  интенсификации  процесса  биологической  очистки  сточных  бытовых  вод.  Выявлены  направления,  позволяющие  за  счет  качественного  насыщения  кислородом  обрабатываемой  жидкости  и  целенаправленной  размерной  обработки  скоплений  простейших  микроорганизмов  иловой  среды,  обеспечить  повышение  эффективности  процесса  очистки.  Представлена  схема  устройства  и  автоматизации  управления  разработанного  комплекса  для  очистных  сооружений.

ABSTRACT

We  show  the  necessity  of  intensification  for  the  biological  sewage  treatment  process.  We  define  the  ways  that  allow  the  efficiency  of  the  treatment  process  to  be  increased  at  the  expense  of  saturation  of  the  liquid  with  oxygen  and  treatment  of  concentration  of  microorganisms.  We  show  the  scheme  of  the  device  and  the  automation  of  control  of  designed  complex  for  treatment  facilities.

Ключевые  слова:  очистка  сточных  вод;  биологический  метод;  регенерация  микроорганизмов;  гидродинамическое  воздействие;  акустическое  воздействие;  насыщение  кислородом;  автоматизация;  управление;  интенсификация  процесса.

Keywords:  sewage  treatment;  biological  treatment;  regeneration  of  microorganisms;  hydrodynamic  impact;  acoustical  effect;  oxygenating;  automatization;  control;  intensification  of  process.

Эффективная  очистка  сточных  бытовых  вод  является  одним  из  важных  направлений  строительной  отрасли  и  в  частности  водоотведения.  Рост  населения  крупных  городов,  увеличения  количества  приборов  и  оборудования,  использующих  воду  для  бытовых  нужд,  определяет  инженерам  круг  задач  разработки  и  расчета  новых  методов  и  устройств  очистки  сточных  вод.

В  настоящее  время  используется,  как  правило,  система,  включающая  установку  комплекса  устройств  механической,  физико-химической,  биологической  обработки  и  дезинфекции  сточных  вод.

Особый  интерес  в  этой  цепочки  вызывает  биологический  метод,  поскольку  в  нем  происходит  деградация,  в  том  числе  и  растворенных  органических  в  воде  соединений  продуктов  жизнедеятельности  человека.  Этот  метод  является  экологически  чистым  и  безвредным  для  окружающей  среды,  так  как  рабочим  элементом  являются  простейшие  микроорганизмы  [4].

Переработка  растворенных  органических  веществ,  рост  и  размножение  микроорганизмов,  образующих  активный  ил,  осуществляется  только  в  насыщенной  кислородом  водной  среде.  Это  условие  является  необходимым  и  обязательным  для  активной  жизнедеятельности  бактерий  [5].  Работа  по  насыщению  кислородом  сточных  вод  в  аэротенке  осуществляется  в  настоящее  время  путем  использования  мощных  компрессоров,  непрерывно  подающих  воздух  через  отверстия  барботажных  труб.  Воздух  из  этих  отверстий,  проходя  через  толщу  жидкости,  частично  растворяется  в  ней.

Растворенный  кислород  используется  микроорганизмами  для  дыхания,  в  результате  окислительных  процессов  они  получают  энергию,  необходимую  для  регенерации  новых  микроорганизмов.  Нужно  отметить,  что  микроорганизмы  потребляют  только  растворенный  кислород.  Поэтому  важнейшей  технической  характеристикой  аэротенка  является  то,  какое  количество  кислорода  в  растворенном  состоянии  вводится  в  единицу  объема  аэротенка  в  единицу  времени  при  постоянной  аэрации  водной  суспензии  и  как  быстро  происходит  падение  концентрации  растворенного  кислорода  в  обрабатываемой  среде.  Данная  характеристика  является  важнейшей,  а  величина  растворенного  кислорода  –  мерой  технологического  и  конструктивного  совершенства  устройств,  осуществляющих  насыщение  кислородом  обрабатываемой  среды.

Анализ  механизма  биологической  очистки  сточных  вод  показал  [3;  1],  что  основным  недостатком  существующих  схем  является  их  низкая  эффективность,  за  счет  длительного  времени  обработки,  сложности  процесса  управления  и  регулирования  параметрами  качества  воды  на  выходе.

Мощные  компрессоры,  осуществляющие  барботирование  (процесс  пропускания  газа  через  слой  жидкости),  при  этом  не  дают  требуемого  эффекта,  поскольку  механизм  растворения  кислорода  в  воде  не  обеспечивает  его  высокую  концентрацию  длительное  время.  При  этом  на  последних  этапах  биологической  очистки  наблюдается  «кислородное  голодание»  микроорганизмов,  что  сказывается  и  на  процессе  окисления  органических  соединений.  Регенерация  микроорганизмов  также  осуществляется  на  этапе  барботирования  [6].  Однако  пузырьки  кислорода  могут  только  разбить  сгустки  (скопления)  микроорганизмов  (флокулы)  и  не  обеспечивают  управление  параметрами  размеров  простейших,  от  которых  в  значительной  степени  зависит  скорость  происходящих  окислительных  процессов.

Для  повышения  эффективности  биологической  очистки  сточных  вод  в  работе  предлагается  использовать  роторный  аппарат  с  модуляцией  потока  РАМП  [2].  Устройство  интенсифицирует  процесс  растворения  кислорода  в  обрабатываемой  среде  за  счёт  увеличения  площади  межфазной  поверхности  без  увеличения  объёма  подаваемого  воздуха.  Кроме  того,  гидродинамическое  и  акустическое  воздействие  позволяет  управлять  процессом  размерной  регенерации  на  микроорганизмы,  что  значительно  повышает  способность  их  к  длительному  активному  очищению  водной  среды  от  растворенных  примесей.

Относительно  небольшие  размеры  аппарата,  простая  схема  включения  его  в  цепочку  активации  возвратной  части  активного  ила  для  подачи  в  аэротенк,  позволяет  автоматизировать  процесс  и  эффективно  управлять  параметрами  обрабатываемой  среды  (рисунок  1).

Рисунок  1.  Укрупненная  схема  включения  РАМП

В  схеме  (см.  рисунок  1)  предусматривается  и  подогрев  части  возвратного  ила  в  холодный  период  года,  что  позволит  активизировать  жизненные  функции  бактерий.

Среды,  подлежащие  гидроакустической  обработке,  как  правило,  не  имеют  постоянных  физических  характеристик,  таких  как  плотность,  вязкость  и  др.,  поэтому  основные  геометрические  параметры  устройства,  от  которых  напрямую  зависит  эффективность  обработки  сред,  такие  как  размеры  равномерно  расположенных  отверстий  в  роторе  и  статоре  не  являются  оптимальными  для  конкретных  условий  работы  аппарата.  Кроме  того,  частота  создания  акустических  колебаний  ограничивается  частотой  вращения  широко  распространенных  асинхронных  двигателей,  используемых  в  качестве  прямого  привода  вращения  ротора,  что  ограничивает  область  использования  устройства.

Поэтому  в  дальнейшей  работе  предлагается  повышение  эффективности  РАМП  путем  изменения  его  конструкции  за  счет  оптимизации  импульсного  гидродинамического  и  акустического  воздействия  на  обрабатываемую  проточную  среду  путем  регулирования  геометрических  параметров  отверстий  статора  и  (или)  ротора,  а  также  расширения  диапазона  возможных  частот  акустических  колебаний.  Схема  модернизированного  РАМП  представлена  на  рисунке  2. 

Рисунок  2.  Схема  модернизированного  роторного  аппарата с  модуляцией  потока

Новая  конструкция  позволяет  корректировать  в  процессе  работы  и  такие  параметры  как  скважность  импульса  (периода  следования  импульсов  к  их  длительности),  а  так  же  время  самого  импульса.  Предложенные  мероприятия  обеспечат  эффективное  управление  регенерацией  простейших  микроорганизмов,  насыщение  среды  кислородом  за  счёт  увеличения  площади  межфазной  поверхности  без  увеличения  объёма  подаваемого  воздуха,  что  значительно  повысит  качество  и  скорость  процесса  биологической  очистки  сточных  вод.

Список  литературы:

1. Вавилин  В.А.  Время  оборота  биомассы  и  деструкция  органического  вещества  в  системах  биологической  очистки.  –  М.:  Наука,  1986.  –  144  с.
2. Денисов  С.Е,  Максимов  С.П.,  Микляева  Т.А.  Автоматизация  и  управление  процессом  биологической  очистки  сточных  вод//  Естественные  и  математические  науки  в  современном  мире.  –  2015  –  №  30.  –  С.  121–127.
3. Денисов  С.Е,  Маршалов  О.В.,  Максимов  С.П.  Анализ  механизма  биологической  очистки  сточных  вод//  В  сборнике:  Строительство  и  экология:  теория,  практика,  инновации.  Сборник  докладов  I  Международной  научно-практической  конференции.  2015.  –  С.  49–51.
4. Ивчатов  А.Л.,  Гляденов  С.Н.  Еще  раз  о  биологической  очистке  сточных  вод.  Экология  и  промышленность  России.  2003.  №  4.
5. Скирдов  И.В.,  Швецов  В.Н.,  Сидорин  Л.П.,  Давыдова  Т.А.  Опыт  применения  кислорода  при  биохимической  очистке  сточных  вод//  Бюллетень  по  водному  хозяйству.  Обмен  достижениями  науки  и  передовым  опытом  в  водном  хозяйстве  стран-членов  СЭВ.  1976.  №  16.
6. Хенце  М.,  Армоэс  П.,  Ля-Кур-Янсен  Й.,  Арван  Э.  Очистка  сточных  вод.  Биологические  и  химические  процессы.  –  М.:  Мир,  2004.