Использование сапропеля в качестве сорбента для очистки сточных вод
На правах рукописи
ХЛЫНИНА Наталья Геннадьевна ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПРОПЕЛЯ В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Специальность 06.01.02 – «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград - 2008 Диссертационная работа выполнена в ФГОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, Заслуженный мелиоратор РФ Алексейко Иван Сергеевич доктор технических наук, профессор,
Официальные оппоненты:
академик РАСХН, Заслуженный деятель науки и техники РФ Григоров Михаил Стефанович;
кандидат технических наук Соловьев Александр Витальевич Ведущая организация - Поволжский НИИ эколого мелиоративных технологий
Защита состоится «18» февраля 2008 г. в 12-00 часов на заседании дис сертационного совета Д220.008.02 при ФГОУ ВПО «Волгоградская государ ственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 400002, Волгоград, Университетский проспект, 26, ВГСХА
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Волго градская государственная сельскохозяйственная академия».
Автореферат разослан «_ » _ 2008 г. и размещен на сайте http://www.vgsha.ru
Ученый секретарь диссертационного совета, Ряднов А.И.
профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. На сегодняшний день наиболее остро стоит про блема загрязнения природной среды, в частности, одного из важнейших при родных ресурсов Амурской области – водных объектов бассейна реки Томь.
Город Белогорск находится на берегу р. Томь, являющейся источником его водоснабжения и основным приемником сточных вод. Томь испытывает зна чительную нагрузку загрязняющих веществ, в первую очередь со стороны промышленных предприятий города.
Ведутся наукоемкие разработки сорбционных материалов, которые по зволяют комплексно сорбировать загрязнители различной химической при роды вплоть до полного их поглощения. Относительно недорогие сорбенты, способные очищать воду от ионов тяжелых металлов и других загрязнителей, практически отсутствуют. Поэтому проблема комплексной очистки сточных вод от этих элементов и органических соединений является актуальной и разработка новых сорбентов имеет большое научное и практическое значе ние.
Цель работы: повышение качества очистки сточных вод новыми био сорбентами по отношению к крупномолекулярным органическим соединени ям и ионам тяжелых металлов, установление основных параметров сорбци онного процесса и их селективности.
Исходя из цели работы, поставлены следующие задачи:
• изучить условия фильтрации и выявить сорбционные особенности сор бентов природного происхождения для очистки сточных вод, обеспечи вающие максимальный поглотительный эффект и провести испытания по добранных сорбентов в реальных условиях;
• разработать техническое решение по очистке многокомпонентных сточ ных вод;
• произвести оптимизацию системы биологической очистки сточных вод методом нелинейного программирования;
• определить показатели экономической эффективности применения сор бента «СБЦ» и гранулированного сапропеля в технологической схеме очистки сточных вод;
• осуществить утилизацию отработанного сорбента.
Объект исследования – сапропель и комплексные органоминеральные сорбенты на его основе.
Предметом исследования являются процессы сорбции ионов тяжелых металлов и крупномолекулярных органических соединений сорбентами, раз работанными на основе сапропеля.
Методы исследования. Лабораторные опыты процессов сорбции в 2002-2006 гг. проводились в ООО «Водоканал» г. Белогорск Амурской об ласти. Определение загрязнителей осуществлялось по стандартным методи кам с применением методов инверсионной вольтамперометрии, атомно адсорбционной спектрометрии, флуориметрии и колориметрии. Обработка результатов осуществлялась с использованием методов математической ста тистики.
Научная новизна работы состоит в:
• теоретическом обосновании возможности использования сапропеля и но вых комплексных сорбентов на его основе для очистки сточных вод от ор ганических загрязнителей и тяжелых металлов;
• установлении закономерностей сорбции в статических и динамических условиях;
• определении количественных ёмкостных показателей сорбционных свойств сапропеля и разработанных на его основе сорбентов.
Практическая значимость состоит в:
• разработке комплексного сорбента, который может быть использован для очистки сточных вод;
• предложенном техническом решении по очистке сточных вод с внедрени ем в технологическую схему вертикального отстойника и биофильтров с плоскостной загрузкой с применением комплексного сорбента «СБЦ».
• утилизации отработанного сорбента в производство тротуарной плитки, бортового камня, стеновые блоки подвалов, возможность использования в качестве облицовки оросительных каналов.
Основные положения, выносимые на защиту:
• закономерности поглощения ионов тяжелых металлов и крупномолекуляр ных соединений сапропелем и разработанными на его основе сорбентам;
• сорбционные свойства сорбентов для статических и динамических усло вий фильтрации на модельных растворах и в производственных условиях;
• результаты использования комплексного сорбента «СБЦ» для доочистки воды от поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов и ионов тяже лых металлов;
• техническое решение по очистке сточных вод с использованием в техно логической схеме вертикального отстойника и биофильтров с плоскост ной загрузкой с применением сорбента «СБЦ»;
• утилизация отработанного сорбента.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы до ложены и одобрены на четвертой региональной научно-практической конфе ренции молодых ученых (Благовещенск, ДальГАУ 2003 г.), на региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и рационального использования, природных ресурсов в дальневосточном регионе» (Благове щенск, БГПУ, 2004 г.), на межрегиональной конференции молодых ученых (Благовещенск, ДальГАУ, 2004 г.), на международной конференции, посвя щенной 40-летию эколого-мелиоративного факультета Волгоградской госу дарственной сельскохозяйственной академии (Волгоград, 2004 г.), на шестой региональной научно-практической конференции (Благовещенск, ДальГАУ, 2005), на общеуниверситетской тематической научной конференции, посвя щенной 55-летию образования БСХИ – ДальГАУ (Благовещенск, ДальГАУ, 2005-2006 гг.), на седьмой региональной научно-практической конференции посвященной 150–летию основания г. Благовещенска (Благовещенск, Даль гАУ, 2006), на восьмой региональной научно-практической конференции (Благовещенск, БГПУ, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе работа в издании, рекомендованном ВАК для публикации материалов дис сертации. Общий объем публикации 3,46 п.л., на долю автора приходится 3,24 п.л.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, основных выводов и рекомендаций производству.
Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, иллюстрирована 48 рисунками, со держит 24 таблиц и 15 приложений. Библиографический список включает 156 наименований, в том числе 6 на иностранном языке.
Автор выражает глубокую благодарность за научные консультации, ценные советы и помощь в проведении исследований научному руководите лю д.т.н., профессору, Заслуженному мелиоратору РФ Алексейко И.С., д.т.н., профессору Кирейчевой Л.В., академику РАСХН Григорову М.С. и коллегам:
к.т.н., доценту Годиной Е.Д., к.т.н., доценту Рыженко В.Х., к.т.н., доценту Поповой Е.В.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, определена цель и сформулированы задачи исследований, а также практическая значимость и положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Оценка экологического состояния водных ресур сов в Амурской области и технологии в водоподготовке и водоочистке» рассмотрены основные источники загрязнения поверхностных водных объ ектов. В последнее время, увеличение водозабора на хозяйственные нужды, растущее загрязнение водоемов, недостатки гидротехнического строительства, просчеты в размещении производственных объектов поставили также в тяжелое эколого-экономическое положение, вполне обеспеченные водными ресурсами районы.
Анализ литературных данных позволяет сделать вывод о том, что су ществующие в настоящее время сорбенты условно можно разделить на три группы. Одна группа сорбентов предназначена для поглощения высоких концентраций преимущественно органических соединений, другая – для глу бокой доочистки сточных вод до норм ПДК, что позволяет сбрасывать их в водоемы. Третья группа – это сорбенты, состоящие из природных компонен тов, которые в той или иной степени поглощают как ионы тяжелых металлов, так и загрязнителей органического происхождения. К природным сорбентам относятся природные материалы без всякой дополнительной обработки, об ладающие значительной поглотительной способностью по отношению к па рам, жидкостям или растворенным веществам.
В качестве природных сорбентов широко используются монтморилло ниты, бентониты, цеолиты и наиболее обширные сведения об их сорбцион ных свойствах приводятся в работах: В.Т. Быков, У.Г. Дистанов, Т.П. Коню хова, К.Г. Миессеров, Ф.Д. Овчаренко, Ю.И. Тарасевич, Г.В. Цицишвили, М.С. Шуакришвили. Результаты изучения сорбционных свойств природных сорбентов представлены в работах Н.В. Брызгаловой, Н.И. Гамаюнова, А.Ю.
Годымчук, В.И. Горшкова, С.А. Евтюхова, О.Р. Ильясова, Л.В. Кирейчева, Д.А. Колышкина, В.И. Косова, М.Р. Мандзий, В.М. Мухина, Ю.В., Поконова, В.А. Полякова, Н.Б. Феропонтова, О.Б. Хохлова.
Таким образом, несмотря на имеющиеся многочисленные данные о сорбционных свойствах природных материалов, актуальной задачей является проведение исследований по разработке новых комплексных сорбентов, со четающих в себе универсальные поглощающие свойства к различным пол лютантам, высокие сорбционные и фильтрационные характеристики, воз можность утилизации и низкую стоимость.
Во второй главе «Методические основы сорбционного процесса. Объ екты и методы исследования» проведен анализ современных теоретических представлений о физико-химических процессах вблизи поверхности раздела фаз «жидкость – сорбент». В главе показан механизм механической, физико химической и ионообменной сорбции.
Таким образом, теоретические исследования процессов адсорбции дают возможность представить структуру и состав комплексного сорбента (рис. 1.).
Рисунок 1. Структурная схема комплексного сорбента Комплексный сорбент должен иметь развитую поровую структуру, включающую микро-, мезо- и макропоры, что позволит сорбировать ионы некоторых тяжелых металлов.
Для лабораторных исследований было изготовлен сорбент состава: са пропель, монтмориллонит и цеолит при объемном соотношении компонен тов, %: сапропель – 60- %, монтмориллонит – 20%, цеолит – 20 % (рис. 2).
Этот сорбент получил название «СБЦ» наряду с эффективной комплексной очисткой воды, он позволяет решить задачу утилизации монтмориллонита добываемого при разработке каменного угля.
- сапропель 50 % Объемный вес гранулы – Монтмориллонит 1 3 4 100 % 5 6 7 8 Цеолит 9 10 Рисунок 2. Выбор оптимальной доли составляющих сорбента «СБЦ» Для изучения сорбционных свойств созданных сорбентов, где контроль ным образцом является гранулированный сапропель и комплексный сорбент «СБЦ», была разработана схема проведения исследований (рис. 3.).
Для использования разработанных сорбентов в водоочистке необходи мо их гранулировать. Производство опытной партии осуществлялось двумя методами: окатывания агломератов частиц тонко измельченного материала на дражираторе и окатывание материала вручную.
Рисунок 3. Блок-схема выполнения исследований Расчет статической обменной емкости сорбентов проводился по мето дике, разработанной НИИ Минерального сырья «СТО РосГео 08-002-98 Тех нологические методы исследования минерального сырья» (1999).
В третьей главе «Изучение сорбционных свойств сорбентов в ста тических условиях» были изучены сорбционные свойства сорбентов, кото рые способны поглощать в статических условиях органические загрязнители и ионы тяжелых металлов. Это позволило выявить преимущества и особен ности того или иного сорбента по отношению к поллютантам, получить их сравнительные характеристики и предопределить условия для исследований в динамических условиях.
Сорбция в статических условиях осуществляется путем интенсивного перемешивания обрабатываемой воды с сорбентом в течение определенного времени и последующего отделения сорбента от воды после отстаивания и фильтрования. При однократном введении сорбента в количестве g (г) на оп ределенный объем обрабатываемой воды исходным расчетным уравнением является уравнение баланса СОЕ·g+V·Сравн=V · Сисх, (1) где СОЕ - статическая обменная емкость, мг/г;
g – масса сухого сорбента, г;
V – объем приливаемой к сорбенту воды, л;
Сисх – концентрация исходной воды, мг/л;
Сравн – равновесная (остаточная) концентрация в фильтрате, устанавли вающаяся в воде после перемешивания воды и сорбента в течение вре мени t, мг/л.
Статическая обменная емкость при заданных рабочих условиях экспе римента (Cисх Сравн) V СОЕ =, мгэлемента/гсорбента (2) g Степень извлечения загрязнителя из воды Cисх Сравн = 100, % (3) Cисх В качестве тестового опыта был выбран органический краситель мети леновый голубой. Определение сорбционных свойств проводилось на фото колориметре по методике, изложенной в работе О.Н. Григорьева.
Результаты проведенных исследований по сорбции крупномолекуляр ных органических соединений в статических условиях позволяют сделать вывод о том, что все представленные образцы комплексных сорбентов доста точно хорошо удаляют из воды краситель метиленовый голубой и поверхно стно - активные вещества (рис. 4.).
В результате эксперимента выявлено, что гранулированный сапропель и «СБЦ» в статических условиях поглощают нефтепродукты и ионы тяжелых металлов при одновременном присутствии этих поллютантов в воде.
Полученные результаты эксперимента позволили рассчитать величину статической емкости сорбентов (табл. 1) и коэффициент распределения (Кр), то есть отношение концентрации иона металла в сорбенте к его концентра ции в растворе (Сисх Сравн) V Кр =, л/г (4) Сравн g Таблица 1 - Определение параметров сорбции «СБЦ» и сапропелем Сапропелем «СБЦ» СОЕ, мг/г СОЕ, мг/г Сисх-Сравн Наименование Сисх, Сисх-Сравн Кр10-2, Кр10-2, Сравн, Сравн, мг/л мг/л вещества мг/л л/г л/г Хром 94,00 28,20 65,80 0,33 1,17 19,74 74,26 0,37 1, 211, Железо 268,00 67,00 201,00 1,00 1,50 56,28 1,06 1, Цинк 435,00 108,75 326,25 1,60 1,50 208,8 226,2 1,13 0, Медь 157,00 36,11 120,89 0,60 1,67 81,64 75,36 0,38 0, Нефтепродукты 40,00 0,80 39,20 0,20 24,50 15,20 24,80 0,12 0, Из анализа значений статической емкости поглощения веществ следу ет, что оба сорбента из модельных смешанных растворов поглощают как ио ны тяжелых металлов, так и нефтепродукты. Величина статической обмен ной емкости в отношении ионов тяжелых металлов у изучаемых сорбентов образует ряд по убыванию: Cr Cu Fe Zn.
Это указывает на схожие процессы межмолекулярного взаимодействия в системе «сорбент-ион тяжелых металлов». Экспериментально подтвержда ются ионообменные свойства сорбентов. У сорбентов различная емкости в отношении нефтепродуктов. 1 г СБЦ поглощает 0,2 мг нефтепродуктов, 1 г сапропеля соответственно 0,12 мг. Можно предположить, что такой резуль тат достигается благодаря более развитому поровому пространству за счет цеолита и монтмориллонита.
По степени поглощения нефтепродуктов свойства «СБЦ» и сапропеля существенно разнятся. Сапропель в течение 72 часов после начала экспери мента сорбировал из модельного смешанного раствора наряду с ионами ТМ, нефтепродукты. Степень их поглощения составила 62% от исходной величи ны (40,0 мг/л) и, соответственно, емкость в статических условиях равна 0, мг/г. Степень поглощения «СБЦ» в аналогичных условиях составила 98% и емкость его больше в 2 раза – 0,20 мг/г.
Графическим изображением процесса в системе «поглощаемое вещест во – сорбент» является изотерма адсорбции (рис. 4.). Вид вогнутой кривой к оси ординат соответствует положению, когда сорбент проявляет высокое сродство к сорбируемому веществу. Обобщенные результаты сорбционных свойств исследуемых сорбентов показаны в таблице 1.
СОЕ, мг/г 0, 0, С В 0, 0, А 5 4 3 y = 0,2952x - 0,9806x + 0,9617x - 0,3216x + 0,2696x 0,05 R = 0, 1,5 Сравн, мг/л 0 0,5 Рисунок 4. Изотерма сорбции нефтепродуктов «СБЦ» Очистку сточных вод в статических условиях с преобладанием ионов меди, свинца и цинка в диапазоне концентраций 160…500 мг/л и высоких концентраций растворенных нефтепродуктов (Сисх = 40 мг/л) целесообразно осуществлять с использованием гранулированного сапропеля.
Степень поглощения в зависимости от преобладающей концентрации того или иного металла находится в пределах 52-79 %. Нефтепродукты при этом сапропелем поглощаются на 62 %. Использование «СБЦ» в аналогичных условиях позволяет достигнуть степени извлечения ионов тяжелых металлов до 77%, поглощение нефтепродуктов этим сорбентом не превышает 98 %.
Проведение эксперимента очистки сточных вод сапропелем и «СБЦ» в реальных статических условиях позволяют сделать вывод, что полученные результаты подтверждают рабочую гипотезу: в первую очередь сорбенты по глощают органический краситель. Промежуточное измерение через 2 часа показало, что «СБЦ» обесцветил пробу на 50%, на 90 % уменьшилась кон центрация меди, а цинка на 95% (рис. 5.). Сапропель через 2 часа сорбировал 71% меди, 97% цинка, концентрация красителя осталась на прежнем уровне.
Максимальная степень очистки сточной воды от красителя была дос тигнута по «СБЦ» через 24 часа, снижение цветности при этом было на 90% (рис. 5.). Вместе с тем, через 24 часа сорбенты поглотили ионы цинка и меди.
Более полное поглощение наблюдается у «СБЦ»: оно равно 90% по меди и 95% по цинку (рис. 4.). Сапропель также поглощает эти металлы – по цинку это 97%, по меди – 71%. После 48 часов контакта сорбентов с загрязненной водой происходит десорбция ионов меди и цинка в воду.
В четвертой главе «Определение сорбционных свойств комплекс ного сорбента в динамических условиях» представлены результаты иссле дований сорбции ионов свинца и растворенных нефтепродуктов в процессе фильтрации.
Проведенные эксперименты преследовали две цели:
- оценка эффективности поглощения сорбентами нефтепродуктов, где крите рием качества глубины очистки является ПДКрыбохоз. Такой подход представ ляется вполне правомерным, так как из крупномолекулярных органических соединений именно по нефтепродуктам установлены наиболее жесткие тре бования;
Медь Нефтепродукты 0,08 0, 0, 0, 0, 0, Сисх, мг/л Сисх, мг/л 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, сапропель сапропель 0 СБЦ СБЦ 0 24 48 72 часы часы Цинк Железо 0, 0, 0, 0, Сисх, мг/л 0, Сисх, мг/л 0,006 0, 0, 0, 0, сапропель 0 СБЦ СБЦ сапропель 0 24 48 72 часы часы Рисунок 5. Диаграммы очистки сточной воды от ионов тяжелых металлов «СБЦ» и сапропелем - изучение выходной кривой сорбции сорбента при наличии в водном рас творе нефтепродуктов и ионов свинца.
В процессе фильтрации воды были определены сорбционные свойства сорбентов в отношении растворенных нефтепродуктов и ионов свинца. Вы ходные кривые сорбции, полученные в результате данного эксперимента, по зволили определить кинетические параметры динамической адсорбции.
Динамическая обменная емкость (ДОЕ) – количество вещества, по глощенное сорбентом при фильтрации раствора через его слой до момента «проскока» и отнесенное к массе загрузки всего сорбента. Это наиболее объ ективный показатель эффективности работы слоя сорбента (рис. 6., 7.).
Рисунок 6.- Выходные кривые сорбции при использовании гранулированного сапропеля Динамическая обменная емкость сорбента до условного проскока (СТО Рос Гео 08-002-98) 1 Свых= 0,10Сисх ДОЕ = · [(Сисх Свых ) V ], мг/г (5) g Свых= где g – масса сорбента, г;
Cисх – исходная концентрация элемента, мг/л;
Свых – концентрация элемента на выходе из колонки, мг/л;
V – объем фильтрата с концентрацией Свых, л.
Рисунок 7. Выходные кривые сорбции при использовании бикомпонентной загрузки «СБЦ» Время защитного действия (Т) - это время, отвечающее появлению за слоем адсорбента фиксированной длины проскоковой концентрации погло щаемого вещества. Между временем защитного действия слоя и высотой слоя загрузки (А.И. Жуков, И.Л. Монгайт, И.Д. Родзиллер) T = K · L – t, часы (6) где Т – время защитного действия сорбционного фильтра, часы;
L – высота слоя сорбционной загрузки, см;
K – коэффициент защитного действия, показывающий, какое время слой сорбента толщиной 1 см задерживает поглощаемой вещество, мин/см;
t – потеря времени защитного действия, мин.
Значение коэффициента защитного действия ДОЕ, мин/см (7) K= v Cисх где ДОЕ – динамическая обменная емкость в единице объема сорбента, мг/л;
v – скорость фильтрации, см/мин;
Сисх – исходная концентрация элемента, мг/л.
Высота работающего слоя (зона массопередачи) (L0). Высота рабо тающего слоя L0 (cм) определяется по уравнению Майклса – Трейбла см t, (8) L0 = L tр (1 ) t где L – высота слоя сорбента в колонке, см;
t – разность времени между появлением концентраций максималь ной 4,5 мг/л и минимальной 0,5мг/л (с выходной кривой);
tp – время появления концентрации 4,5 мг/л (с выходной кривой);
– фактор симметричности выходной кривой и определяется соот ношением площадей: = площадь ABD : площадь ABCD (рис. 6 и 7).
Степень использования емкости слоя сорбента () с учетом высоты работающего слоя определяется в процентах по соотношению = · 100%, (9) L Lo L где L0 – высота работающего слоя, см;
L – высота слоя сорбента в колонке, см;
– фактор симметричности выходной кривой и определяется соотноше нием площадей: = площадь ABD / площадь ABCD (рис. 6 и 7).
Результаты определения параметров сорбентов показаны в таблице 5.
Таблица 2 - Кинетические параметры фильтрации на комплексных сорбентах Монокомпонентный Гранулированный состав сапропель Показатели «СБЦ» Свинец Свинец НП Динамическая рабочая емкость, мг/г 0,887 1,1 0, Время защитного действия, часы 37,35 33,22 29, Коэф-т защитного действия, мин/см 1 219,12 1 228,8 1 Высота работающего слоя, см 15,35 14,41 16, Степень использования емкости 40,3 58 сорбента, % Учитывая различные селективные и динамические сорбционные свой ства исследуемых в работе сорбентов, предложен каскадный способ очистки многокомпонентных сточных вод, сущность которого заключается в после довательном (ступенчатом) пропускании сточных вод через каждый сорбент (рис. 8.).
Рисунок 8. Схема каскадной фильтрации сточной воды В пятой главе «Использование комплексного сорбента «СБЦ» для очистки многокомпонентных сточных вод. Утилизация отработанного сорбента» представлена схема канализации города Белогорска в виде цен трализованной схемой, при которой сточные воды направляются по двум коллекторам. Сточные воды подаются на очистные сооружения канализации расположенные сразу за чертой города Белогорска (рис. 9.). В виду того, что существующая схема очистки сточных вод сбрасываемых вод не отвечает са нитарным требованиям нами разработаны новые технологические решения по модернизации комплекса очистных сооружений.
По рекомендациям Гудкова А.Г. определены основные гидравлические параметры горизонтального отстойника (табл. 3.).
Таблица 3 - Гидравлические параметры горизонтального отстойника Gсух, Н1 Vотст q ср qмакс L В V u т/сут 2,5 7,0 0,00103 32,05 1 680, 3,0 6 0,0012 32,58 1 759, 0,197 0,27 0,005 0, 3,5 5 0,00127 34,31 1 852, 4,0 4,5 0,00138 35,40 1 911, Анализируя таблицу 3 в целях средств экономии мы предлагаем уст ройство двух отстойников горизонтального типа с длиной рабочего участка 42, 0 м и высотой – 3,5 м.
y = 1,5163x 2 - 14,058x + 60, Э,% R 2 = 0, L, м 30 2,5 2, 21 2,7 2, 2, 22,8 3 3,1 м 3,2 24, H1, 3, Lex, м 241, 3,4 9 229, 3, 2 14, 26, 200, 3, 1 17 1, 3, 1 57, 142, 3,8 128, Len, м 3, 9 9, 4, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 5, 5, B, м 6, 6, 6, 6, 7, Рисунок 10. Зависимости длины (L) и Рисунок 11. Зависимость эффект очистки ширины (B) отстойника от глубины (Э) от поступающей сточной воды (Len) и проточной части сооружения (Н1) очищенной сточной воды (Lex) Как видно из рисунка 10 длина отстойника изменяется в значительных пределах, в зависимости от глубины проточной части и ширины проектируе мого сооружения. Глубина проточной части (В) находится в прямой зависи мости от длины отстойника (L) и обратно пропорциональна высоте (Н 1). Ис следуя эту зависимость можно сделать вывод, что поверхность описывается уравнением второго порядка: y=1,516x2-14,058x+60, ЭКСПЛИКАЦИЯ Водопровод сточной жидкости ––1– Трубопровод сточной жидкости –2–– Трубопровод выгрузки и опорожнения ила –3–– перегнивателей и аэробных минерализаторов Напорный трубопровод сброженного осадка –4–– Всасывающий трубопровод опорожнения аэротенков –5–– контактных резервуаров Напорный трубопровод опорожнения аэротенков и –6–– контактных резервуаров Всасывающий трубопровод технической воды для ––7– гидроэлеваторов песколовок Самотечный трубопровод дробленых отбросов –8–– Напорный трубопровод хозяйственно-фекальных –9– канализации и дроблёных отбросов Напорный трубопровод технической воды для –10– гидроэлеваторов песколовок Пульпопровод –11– Напорный трубопровод технической воды в хлораторную –12– Напорный трубопровод хлорной воды –13– Трубопровод выпуска сточных вод из контактных –14– резервуаров –15– –––––––––––––––––––––––––||–––––––––––––––––––––– –16– –––––––––––––––––––––––––||–––––––––––––––––––––– Воздуховод –17– –18– –––––––––––––––––––––––––||–––––––––––––––––––––– –19– –––––––––––––––––––––––––||–––––––––––––––––––––– Самотечный трубопровод хозяйственно-фекальной –20– канализации Трубопровод промывной воды –21– Трубопровод сброса промывной воды напорный –22– Аварийный трубопровод сточной жидкости –23– Трубопровод сброса промывных вод самотечный –24– Трубопровод очищенных сточных вод –25– Рисунок 9. Применяемая система очистки сточных вод города Белогорска Амурской области Одним из основных компонентов очистных сооружений канализации является предлагаемый биологический фильтр с плоскостной загрузкой, ко торый позволил преодолеть многие недостатки присущие биологическим фильтрам: не индустриальность производства при перегрузках, отсутствие загрузочного материала. В данном случае на биофильтрах процесс очистки сточных вод осуществляется в проточном режиме с непрерывным орошени ем поверхности загрузочного материала. По рекомендациям А.Г. Гудкова определили основные параметры биофильтра (табл. 4.).
Таблица 4 - Параметры плоскостного биофильтра Т, Э, q pf, м3/(м3·сут) V pf, м3 Fpf, м Нpf D, м Len, Lex, С % 99,6 21,0 79 12,8 1 328,13 442,71 16, 152,8 22,8 85 11,0 1 545 515,2 18, 12 177,0 27,0 85 10,0 1 700 566,7 19, 241,2 26,6 89 8,0 2 125 708,3 21, Поступление сточной жидкости на биофильтры происходит с разной степе нью загрязнения (табл. 4.). Следовательно, достигаемая степень осветления будет различной, и степень очистки по различным составляющим будет меняться, и достигать максимального значения (по нефтепродуктам - 98 %) (рис. 11.). Ана лизируя зависимость диаграммы можно сделать вывод что эффект очистки (Э) от поступающей (Ltn) и очищенной (Lex) можно отметить, что при наи больших концентрациях загрязняющих веществ поступающих на очистку эффект осветления не снижается, а увеличивается, что не противоречит со временным представлениям о процессах биофильтрации.
Остаточное содержание нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов в воде после доочистки на сорбенте «СБЦ» позволяет сбрасывать ее в водоем рыбохозяйственной категории водопользования.
Утилизация комплексного сорбента «СБЦ» использовалась в качестве добавки в изготовление тротуарной плитки, бортового бетонного камня, стено вых бетонных блоков для стен подвалов и облицовки оросительных каналов.
Проведено исследование влияния отходов сорбента на свойства бетон ных смесей. В ходе исследований на предприятиях ООО компания «Блок», и ООО «Строй-Экспресс-Сервис» проводились следующие испытания: опре деление снижения водоцементного отношения при постоянной густоте це ментного теста;
определение сроков сохранения подвижности;
определения прочности беспесчанных бетонов;
водопоглощение;
плотность;
пористость.
После твердения монолитное покрытие приобретает большую проч ность с добавлением реагента, чем без него (марка бетона В6).
В шестой главе « Эколого-экономическая эффективность очистки сточных вод на ООО «Водоканал» г. Белогорска» предотвращенный эко логический ущерб р. Томь от крупномолекулярных органических соединений и ионов тяжелых металлов составит 21 110,2 тыс. руб., рентабельность соста вит – 2,4, индекс доходности ИД 1, срок окупаемости: Ток = 27 месяцев.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Объемы сточных вод в настоящее время превышают возможности су ществующих очистных сооружений. В этой связи актуальной задачей являет ся их доочистка до предельно-допустимой концентрации при сбросе в вод ные объекты. Следовательно, разработка и усовершенствование существую щих технологий по очистке сточных вод является важным и перспективным направлением научных исследований, которая позволит исключить проме жуточные этапы доочистки промышленно загрязненных сточных вод, уменьшив тем самым время на прохождение одного фильтроцикла и снизив энергозатраты предприятия.
2. Проведенные лабораторные эксперименты показывают, что разрабо танный комплексный сорбент позволяет в той или иной степени сорбировать следующие загрязнители: ионы тяжелых металлов и крупномолекулярные органические вещества искусственного происхождения – нефтепродукты.
Максимальная очищающая способность сорбентов проявляется в статиче ских условиях при сорбции ионов тяжелых металлов.
3. Суммарный эффект сорбционной способности комплексного сорбентов достигается при одновременном использовании гранулированного сапропеля и сорбента «СБЦ» в процессе каскадной (ступенчатой) фильтрации.
4. Разработанный комплексный сорбент «СБЦ» применялся для очистки сточной воды на водоканале г. Белогорска. Разработано техническое решение по модернизации схемы очистного сооружения. Длина очистного сооруже ния 42,0 м (биофильтр с плоскостной загрузкой) стандартным диаметром 20,0 м.
5. Проведено исследование влияния отходов сорбента на свойства бетон ных смесей. Установлено, что отходы комплексного сорбента «СБЦ» можно использовать в качестве добавки в изготовление тротуарной плитки, борто вого бетонного камня, стеновых бетонных блоков для стен подвалов, а так же рассмотрен как один из вариантов облицовки каналов.
6. Предотвращенный экологический ущерб реки Томь от очистки воды от крупномолекулярных органических соединений и ионов тяжелых металлов составит 21 110,2 тыс. руб., эффект и эффективность от природоохранного мероприятия соответственно составят 12 304,2 тыс. руб. и 40 %, окупаемость проекта 27 месяцев, индекс доходности 15,2..
Основные положения диссертации изложены в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Хлынина Н.Г. Очистка сточных вод г. Белогорска Амурской области с ис пользованием сорбента «СБЦ» // КрасГАУ, Выпуск №3. 2007. - с. 99-102.
Публикации в других изданиях 2. Алексейко И.С. Применение сапропелей на мелиорированных землях Дальнего Востока /И.С. Алексейко, Н.Г. Хлынина // Современные про блемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве:
Материалы юбилейной междунар. научн.-практич. конф. / Барнаул: Изд во АГАУ, 2003.– Ч.2.- с. 4-7.
3. Хлынина Н.Г. Использование сапропеля в качестве сорбента для очистки сточных вод промышленных предприятий// Молодежь XXI века: шаг в будущее: Материалы четвертой региональной научно-практической кон ференции, 14-15 мая 2003 г. Благовещенск: ДальГАУ, - 2003. - с. 479 - 480.
4. Хлынина Н.Г., Эффективность использования сапропеля для очистки сточных вод / Н.Г. Хлынина, С.И. Беляев // Молодежь XXI века: шаг в будущее: Материалы межрегиональной конференции молодых ученых. в 4-х т. Т.4 – Благовещенск: Издательство «Зея», - 2004. - с. 48-50.
5. Хлынина Н.Г. Применение сорбентов при очистке воды // Молодежь XXI века: шаг в будущее: Материалы Шестой региональной научно практической конференции, 27-28 апреля 2005 г.: в 4-х т. Т.4 – Благове щенск: Издательство «Зея», 2005.– с. 124-126.
6. Хлынина Н.Г. Сорбционная очистка сточных вод // Общеуниверситетская тематическая научная конференция, посвященная 55-летию образования БСХИ - ДальГАУ, 6-7 апреля 2005 г. – Благовещенск: Издательство Даль ГАУ, 2005. – с. 115-117.
7. Хлынина Н.Г. Экологические проблемы реки Амур // Природообустрой ство и рациональное природопользование - необходимые условия соци ально-экономического развития России. Сборник научных трудов Часть I.
/ Московский государственный университет природообустройства. М.:
МГУП, 2005. – с. 259- 8. Хлынина Н.Г. Качество поверхностных вод Свободненского космодрома// Природообустройство и рациональное природопользование - необходи мые условия социально-экономического развития России. Сборник науч ных трудов Часть I. / Московский государственный университет природо обустройства. М.: МГУП, 2005. - с. 262-266.
9. Хлынина Н.Г. Определение емкости сорбента в динамическом режиме фильтрации // Молодежь XXI века: шаг в будущее: Материалы седьмой региональной научно-практической конференции, посвященной 150 летию основания г.Благовещенска. 16-17 мая 2006г.: в 4-х т. Т.2– Благо вещенск: Издательство «Зея», 2006.– с. 127-129.
10.Хлынина Н.Г. Очистка сточных вод в статических условиях // Общеуни верситетская тематическая научная конференция – Благовещенск: Изда тельство ДальГАУ, 2006. – с. 105-108.
Формат 6084 1/16. Подписано в печать 10.01. Бумага офсетная. Усл.п.л. 1,00. Тираж 100. Заказ Издательско-полиграфический комплекс ВГСХА «Нива» 400002, г.Волгоград, пр. Университетский, 26.