книги / Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений

Относительное содержание взвешенных частиц различной крупности, содержащихся в сточных водах от мойки автомашин

Из таблицы видно, что в сточных водах, образующихся при мойке автомашин, значительное количество (63 %) составляют хорошо оседающие взвешенные частицы диаметром > 0,025 мм и имеющие гидравлическую крупность щ > 0,2 мм/с. В то же время в таких сточных водах содержится большое количество (8 %) плохо или совсем не оседающих частиц диаметром д. < 0,005 мм с гидравлической крупностью щ < 0,025 мм/с. При исходной концентрации взвешенных веществ в сточных водах около 2000 мг/л коли­ чество таких частиц составит порядка 160 мг/л. Учитывая возрастающие требования к качеству очищенных сточных вод, достичь высокую степень их осветления одним только отстаиванием не представляется возможным. Поэтому в состав очистных сооружений следует включать либо дополнительные ступени очистки (например флотацию и фильтрацию), либо использовать коагулянты или флокулянты для укрупнения примесей.

Получено 10.06.99

УДК 628.32

Л.В. Плюснина, Н.В. Ракунов

Пермский государственный технический университет

ОЧИСТКА МАЛЫХ РАСХОДОВ СТОЧНЫ Х ВОД

Приведены новейшие отечественные разработки локальных очистных сооружений для очистки бытовых сточных вод малой производительности от 2 до 250 м3/сут. Предлагаемые очистные сооружения могут применяться при сложности подключения к общей канализационной сети для отдельных объектов, таких как коттеджи, дачи, фермерские хозяйства, базы отдыха, летние лагеря, общественные уличные туалеты. Установки имеют достаточно высокую степень очистки, низкую стоимость, удобны в эксплуатации, долговечны, компактны и надежны в работе.

Очистка малых количеств сточных вод от отдельно стоящих объектов (коттеджей, усадеб, жилых домов, фермерских хозяйств, баз отдыха и т.д.), как правило, представляет серьезную проблему.

Применяемое ранее на практике техническое решение со сбросом сточных вод в накопители и последующим их вывозом приводило к загрязнению территории и близлежащих водоемов. Перед сбросом в водоем стоки должны пройти качественную очистку. Большинство ранее разработанных очистных сооружений и рекомендованных СНиП 2.04.03-85 к применению даже с доочисткой на песчаных фильтрах не обеспечивают нормативного качества очистки сточных вод.

Основные требования к сооружениям, обусловленные особенностями малых населенных пунктов и отдельных объектов:

-простота технологической схемы;

-высокая надежность работы при резком колебании расхода и состава сточных вод, а также при кратковременных отключениях электроэнергии;

-простота конструкции, позволяющая применять индустриальные мето­ ды строительства и монтировать на месте изделия заводского изготовления.

К настоящему моменту известны два типа очистных сооружений:

первый - на основе методов подземной фильтрации, несмотря на дешевизну, ограничен в применении из-за необходимости наличия филь­ трующих грунтов с низким стоянием уровня грунтовых вод и потребности в больших земельных площадях;

второй - станции заводского изготовления, чаще всего с биохимическим принципом работы, хотя есть установки и с физико-химическими методами очистки.

Технология, основанная на биологическом методе, универсальна, так как позволяет удалить любые органические вещества, применяемые человеком в бытовых условиях.

Биологическая очистка имеет почти вековой опыт практического применения и резервы этого метода еще далеко не исчерпаны.

Наибольшее распространение в связи с относительной простотой конструкции и меньшей материалоемкостью получили аэротенки. Для повышения окислительной мощности аэротенков увеличивают концентрацию активного ила. С этой целью в аэротенке размещают насадку или загрузку, на которой развивается значительная часть микроорганизмов. Особенно много исследовательских работ в этом направлении проводилось в Ленинградском инженерно-строительном институте.

Однако в последнее время, в связи с обострением энергетического кризиса и подорожанием электроэнергии, возрос интерес к биофильтрам. Эти сооружения являются более экономичными в эксплуатации. Исследования работы биофильтров проводились во многих вузах и научно-исследовательских институтах. В результате разработаны такие сооружения, как биотенки,

биофильтры с пластмассовой загрузкой, роторные и дисковые биофильтры. Концентрация биомассы в биофильтрах превышает дозу ила в аэротенках в 50100 раз, что дает возможность сокращать продолжительность обработки воды более чем в 20 раз.

Водоотведение отдельно стоящих объектов характеризуется высокой неравномерностью притока сточных вод по расходу, составу и концентрации загрязнений, температуре. Нередки длительные перерывы в поступлении сточных вод, например, из-за отъезда жителей усадебного дома на отдых. Эти особенности водоотведения малых населенных мест крайне отрицательно сказываются на процессах очистки и, кроме того, на таких очистных сооружениях, как правило, нет квалифицированного обслуживающего персонала.

Учитывая вышеизложенные особенности водоотведения малых населенных пунктов, несколько научно-исследовательских и проектных институтов разработали технологии установки для глубокой биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. В частности, ОАО «ЦНИИЭП инженерного оборудования» разработал установки типа «Водолей» производительностью 1, 3, 6 и 12 м3/сут. Биологическая очистка на этих установках осуществляется без взвешенного активного ила микроорганизмами, прикрепленными к синтетическому тканому материалу (затопленной загрузке). Используемый в качестве загрузки синтетический материал «водоросль» благодаря своей шероховатой волокнистой поверхности хорошо удерживает биопленку, препятствует ее выносу из установок при залповых поступлениях сточных вод и других неблагоприятных условиях. Установки «Водолей» работают в режиме полного окисления, что способствует эффективному протеканию процесса нитрификации. Кроме того, наличие в слое микроорганизмов, закрепленных на загрузке анаэробных зон, способствует процессу денитрификации, в результате которого связанный кислород нитритов и нитратов под действием денитрифицирующих бактерий расходуется на окисление органических веществ, а это приводит к снижению концентрации азота в очищенной воде. Осадок, накапливающийся в зоне анаэробного сбраживания (анаэробно сброженный осадок) и на дне аэротенка (аэробно минерализованный осадок), не содержит вредных примесей и после компос­ тирования может использоваться на приусадебном участке.

Установки нового поколения созданы в НИИ КВОВ. Конструктивной особенностью установок является применение аэротенков-отстойников и тонкослойных элементов, что снижает требуемую емкость установки и повышает эффективность осветления сточных вод. Установки типа «Биоконтактор» имеют производительность 6,12 и 25 м3/сут и рассчитаны на 10-150 жителей. Основное сооружение - сам биоконтактор, представляющий собой вращающийся барабан с пластмассовым наполнителем, на 1/3 помещенный в корыто со сточной водой. Установка имеет также тонкослойный

вторичный отстойник и узел обеззараживания. Установки рассчитаны на снижение ВПК до 3 мг/л, взвешенных веществ до 5 мг/л, аммонийного азота до 2 мг/л, нитратов до 9 мг/л и общего фосфора до 1,5 мг/л.

В НИИ ВОДГЕО разработаны комбинированные установки с роторными биофильтрами типа «Курб» производительностью от 2 до 250 м3/сут. Это установки блочной конструкции изготавливаются из металла и включают в себя узел первичного отстаивания с септической камерой, узел биологической очистки с роторным биофильтром и узел вторичного отстаивания со своей септической камерой. Роторный биофильтр представляет собой непрерывно вращающийся полупогруженный сетчатый барабан, заполненный насадкой из тонкостенных пластмассовых колец диаметром 20-60 мм. Установки рас­ считаны на обработку бытовых сточных вод до показателей полной биологической очистки, но они могут применяться и для очистки сточных вод агропромышленного комплекса: молочных, мясоперерабатывающих, овощеперерабатывающих предприятий.

При необходимости глубокой доочистки (до ВПК 3 мг/л, ГДП 3 мг/л) установки «Курб» блокируются с биосорберами.

Фирмой «Бионик» разработаны биологические реакторы «Бриз» для станций производительностью 10-100 м3/сут. Установка включает в себя узел приема стоков, блок биологических реакторов, узел обеззараживания очищенной воды. Реакторы заполняются инертной загрузкой, представляющей собой капроновый текстурированный шнур, намотанный по спиралимногограннику на крюки кольцевых рамок, которые надеваются своей опорноцентрирующей средней частью на отводящий трубопровод или стояк аэратора. Блок биологических реакторов содержит три анаэробных и один аэробный реактор. Для отдельно расположенных объектов (например, автозаправочные станции, торговые точки, рынки) при обслуживании около 40 человек в сутки наиболее перспективно устанавливать передвижной или стационарный санузел (унитаз и раковина), совмещенный с установкой «Бриз» производительностью 0,5 м3/сут.

Биореакторы обеспечивают качество очистки воды, предъявляемое к водоемам рыбохозяйственного значения.

Технология биологической очистки сточных вод с прикрепленной на затопленной загрузке микрофлорой в настоящее время является наиболее эффективной для очистки сточных вод малых населенных пунктов: отдельно стоящих жилых домов, общественных зданий, фермерских хозяйств, сел, домов отдыха, санаториев, пионерских лагерей.

Отличительные особенности установок - универсальность применения; сборность станций из элементов, изготовляемых на заводе.

1. СНиП 2.04.03-85. Канализация» наружные сети и сооружения. 2. Жилищное и коммунальное хозяйство. 1998. № 7.

3.Водоснабжение и санитарная техника. 1996. № 4 ,7 ,10; 1997. № 5 ,12.

4.Экспресс-информация. Серия «ВК» (зарубежный опыт). Вып. 3.

Получено 10.06.99

УДК 661.183

С.А. Кудрин, С.В. Новиков, Д.Р. Гипъфсшов

Пермский государственный технический университет

РЕГЕНЕРАЦИЯ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ СОРБЕНТОВ

Описан механизм высокотемпературной регенерации УВС при прямом электрическом нагреве. Приведены схемы лабораторной и опытно-промышленной установок для регенера­ ции УВС.

В настоящее время одним из наиболее эффективных и быстро развивающихся направлений очистки воды являются локальные технологические схемы, основанные на физико-химических методах, в том числе с использованием сорбционной технологии.

Процесс извлечения органических соединений, находящихся в гидратированном состоянии, осуществляется как на материалах естественного (цеолиты), так и искусственного происхождения (активированные угли). Последние обладают более значительной сорбционной емкостью и кинетикой адсорбции по сравнению с сорбентами естественного происхождения. Наряду с гранулированными и порошкообразными активированными углями (АУ) в последнее время получили распространение углеродные волокнистые сорбенты (УВС), производство которых основано на спекании и активации синтетических волокон (мтилон или вискоза). Они обладают развитой поверхностью, в 1000 раз превосходящей поверхность АУ, специфичным распределением пор, однородностью структуры, отсутствием минеральных •Примесей, а также более высокой сорбционной емкостью. Однако высокая стоимость УВС (750-800 руб/кг) ограничивает их использование, что определяет актуальность исследования процессов их регенерации, таких как химическая, низкотемпературная, термическая.

Процессы химической и низкотемпературной регенерации основаны на десорбции органических загрязнений, поэтому их эффективность в первую очередь зависит от кинетических показателей процессов сорбции - десорбции, которые в первую очередь зависят от развитости поверхности, что

2. Температура начала термодесорбции соответствует температуре кипе­ ния сорбата

Та~ Тщ,.

3. Время начала термодесорбции (время нагрева - т„) описывается функ­

цией:

количеством жидкой фазы, находящейся в объеме пор, и выражается функциональной зависимостью

=/(/.„; р; V?, Г 1),

где Су, Св - теплоемкость сорбента и воды; р —объемный вес воды;

- суммарный объем пор сорбента; Ьп- теплота парообразования воды.

Экспериментальное изучение процессов сушки и термодесорбции при прямом нагреве осуществлено авторами на лабораторной установке (рис. 1).

Результаты экспериментов показали, что начало термодесорбции совпадает с температурой кипения , сорбата (7^ ) , которая является величиной постоянной. Температура в зоне массообмена близка к “точке росы” при любой скорости нагрева (д77дтн). Скорость сушки (<Ш/ётс) в области как “влажного”

(Щ > 0,5), так и “гигроскопического” (Щ < ОД) состояния прямо пропорцио­ нальна расходу на нагревание. Низкий удельный расход тепла на сушку сорбента при прямом нагреве (д ~ 130-363 кал/г) по сравнению с теоретически максимальным (<?макс~539,4 кал/г) объясняется тем, что во всех случаях, как при

Щ > 0,5, так и при Щ < 0,1, имеет место “тепловой удар”, выбрасывающий часть парожидкостной смеси из объема пор. Наличие “теплового удара” впервые отмечалось в работах А.М. Коркина, С.А. Глушанкова [1] и А.Д. Смирнова [2]. Его механизм основан на аномально высокой теплоемкости при низкой теплопроводности воды (С„ = 1,0кал/(г-°С), Хв=1,43,10'3кал/(см*с-°С)) по

хЮ' кал/(см-с- С)). Несмотря на отдельные несовершенства метода контроля, полученные данные подтверждают теоретические предположения протекания процесса.

Использование высокотемпературной регенерации обусловливает наличие газового выброса в атмосферу, количественный и качественный состав которого определялся на основании данных газохроматографического анализа с использованием прибора “Газохром-3101”. В результате деструктивного разложения адсорбированных органических соединений образуются газовые выбросы, содержащие: Нг - 23,4 %, СО2 - 16 %, СО - 17 %, СхНу - 26,6 %. Учитывая, что длительность процесса деструкции составляет 5 мин, то сброс в

Рис.1. Схема лабораторной установки: 1 - дифманометр, 2 - силовой тран­ сформатор, 3 - КИП (вольтметр, амперметр, КСП-4), 4 - кварцевый реактор, 5 - термопара, 6 - капельница, 7- углеродный сорбент, 8 - графитовый стер­ жень, 9 - электрическая печь с автоматическим трансформатором, 10 - паро­ генератор

атмосферу данных ингредиентов не превышает норм ПДВ. В отдельных случаях, при наличии специфичных загрязнений, необходимо предусматривать каталитический дожит газовых выбросов.

На основе результатов лабораторных исследований разработана опытно­ промышленная установка (рис. 2), испытание которой осуществлялось при очистке сточных вод автомоек и АЗС. Данная установка показала стабильные результаты при следующих технологических параметрах:

УДК 532.5

М.П. Ковалев, А.Б. Котюков, А.В. Зубов

Пермский государственный технический университет

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНИСТОГО СОРБЕНТА

На основе экспериментальных исследований получены зависимости потерь напора от скорости фильтрации и коэффициента фильтрации от плотности упаковки углеродного волокнистого сорбента марки АНМ при различных направлениях фильтрации жидкости через материал.

Углеродные волокнистые сорбенты (УВС) являются сравнительно новым и весьма перспективным видом сорбентов, используемых для глубокой очистки воды и воздуха от растворенных органических соединений. УВС представляют собой нетканые материалы, сочетающие в себе особенности графитового слоя, двумерной упорядоченности слоев (турбостратная структура) и волокнистого строения, выпускаемые в виде полотна шириной 30-60 см и толщиной 2-4 мм, с диаметром углеродных волокон 15-30 мкм [1]. Наиболее известными на данный момент являются два вида УВС — карбонизированные и активированные нетканые материалы, имеющие соответственно марки КНМ и АНМ и отличающиеся условиями производства. УВС обладают значительно большей скоростью и полнотой извлечения растворенных органических веществ по сравнению с традиционными активированными углями, что объясняется их особой структурой. Между тем УВС мало используются в практике из-за малой изученности их физико-химических и, в частности, гидравлических свойств.

Цель работы - опытное определение одной из основных гидравлических характеристик - коэффициента фильтрации материала АНМ при различной плотности его упаковки в фильтре. Поскольку физическая форма УВС позволяет формировать фильтрующие элементы с различным направлением движения жидкости или газа относительно его слоев, в проведенном эксперименте рассматривались два основных направления - вдоль и поперек слоев материала, т. е. продольная и поперечная фильтрация (рис. 1).

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры водоснабжения и канализации нашего университета на установке, включающей экспериментальный образец фильтра, промежуточную и мерную емкости, а также дифманометр для определения потерь напора.

Задавшись определенным направлением фильтрации (см. рис. 1), в фильт­ рующий элемент с размерами 38x38x38 мм помещали различное число слоев предварительно взвешенного материала, чем достигалась определенная плотность его упаковки р, вычисляемая по формуле

р = М !Щ