CC BY
7
очисткой их в пылегазоуловителях, охлаждением в теплый период года в теплоутилизаторе, и рециркуляцией в помещение.
Список использованных источников
1. Эльтерман, В. Н. Вентиляция химических производств / В. Н. Эльтерман. -Москва : Химия, 1980. - 288 с.
2. Посохин, В. Н. Расчет местных отсосов от тепло- и газовыделяющегося оборудования / В. Н. Посохин. - Москва : «Машиностроение», 1984. - 160 с.
3. Батурин, В.В. Основы промышленной вентиляции / В. В. Батурин. - Москва : Профиздат, 1990. - 448 с.
4. Луговский, С. И. Совершенствование систем промышленной вентиляции / С. И. Луговский, Г. К. Дымчук . - Москва : Стройиздат, 1991. - 136.: ил.
Статья поступила в редакцию 12.12.2009 г.
SUMMARY
The questions of control by convective streams in shops with heat & gas emanating equipment with the purpose of effective removal harmfulness and salvaging of heat are considered in the given work. The laws of distribution of a thermal jet above warmed horizontal surface and ways of regulation of air flows in shops with heat emanating are cited The results of experimental researches of the lateral exhaust activated by intake jets with the purpose of its using are brought by impossibility of installation coaxial with technological furnaces of a local exhaust. Calculation dependences for definition of a source sizes ratio of excretion harmfulness, an exhaust and fitting pipes сдува, and also air consumption are given. Effective schemas for the organization of a local exhaust ventilation in shops with heat emanating are offered.
УДК 628.335.2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ФЛОКУЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ СУСПЕНЗИИ АКТИВНОГО ИЛА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ КАНАЛИЗАЦИИ
В.Н. Марцуль, И.Э. Головнев
В настоящее время в Беларуси эксплуатируется более 200 сооружений биологической очистки сточных вод, на которых очищается основное количество производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод, отводимых в водные объекты. Контакту сточных вод с активной биомассой в процессе биологической очистки предшествует механическая очистка от взвешенных веществ, от эффективности которой зависит пропускная способность очистных сооружений.
Использование известных и хорошо апробированных на практике способов интенсификации и повышения степени очистки от взвешенных веществ с помощью минеральных коагулянтов и синтетических флокулянтов применительно к очистным сооружениям канализации затруднено вследствие больших расходов сточных вод, значительных колебаний концентрации загрязняющих веществ. Одним из перспективных и подходящих к условиям работы очистных сооружений канализации является использование для этих целей биофлокулянтов.
Биофлокулянты получают направленным культивированием определенных штаммов микроорганизмов в виде биомассы клеток или отдельных продуктов метаболизма, физико-химической обработкой клеток микроорганизмов. Больше
всего подходящим для практической реализации является получение биомассы клеток микроорганизмов с определенными характеристиками [1]. Такие флокулянты дешевле синтетических, но менее эффективны, поэтому их расход больше. Применительно к очистным сооружениям канализации наибольший интерес представляет использование в качестве флокулянта биомассы активного ила. Известно, что в составе активного ила имеются бактерии, которые выделяют в окружающую их среду биополимерный гель, включающий аминокислоты, полисахариды и обладающий флокулирующими свойствами [2].
Предложен ряд способов обработки биомассы активного ила с целью повышения флокулирующих свойств. Большинство из них основано на различной степени дезинтеграции биомассы с целью выделения в жидкую фазу биополимеров. Известно использование гидродинамического воздействия на микроорганизмы, которое может осуществляться с помощью ультразвука. Режим обработки подбирается таким, чтобы обеспечивалось удаление с поверхностного слоя клеток «чехлов», образованных внеклеточными биополимерами, и стимулирование за счет этого выделения клетками биофлокулянтов [3]. К достоинствам ультразвуковой дезинтеграции биомассы можно отнести сравнительно простое аппаратурное оформление, возможность регулирования режима обработки в широких пределах.
Ультразвуковая обработка (УЗ-обработка) оказывает комплексное воздействие на биомассу. Наряду с дезинтеграцией надклеточных образований и выделением в жидкую фазу внеклеточных биополимеров, наблюдается изменение состава фаз за счет деструкции клеток биомассы, изменяются характеристики мембран и др. Известно использование УЗ-обработки для повышения выхода биогаза и увеличения скорости процесса при анаэробном сбраживании осадков [4,5], для интенсификации аэробной биологической очистки.
Достижение требуемого эффекта при УЗ-обработке требует подбора определенных условий ее проведения. Однако закономерности изменения состава и свойств фаз суспензии активного ила в зависимости от условий УЗ-обработки в настоящее время не установлены. В связи с этим цель работы состояла в установлении закономерностей изменения состава и свойств фаз суспензии активного ила при УЗ-обработке и выбора условий обработки, обеспечивающих увеличение флокулирующих свойств.
Ультразвуковую обработку суспензии активного ила (100 см3) проводили на установке ИЛ 100-6 при частоте 22 кГц. Амплитуда колебаний изменялась в диапазоне 20-80 мкм, мощность излучателя - в диапазоне 215-630 Вт. Иловый индекс определяли как объем осадка, образующегося при отстаивании иловой суспензии в течение 30 минут в пересчете на концентрацию 1 г/дм3 и объем суспензии 1 дм3. ХПК определяли стандартным методом [6 с. 37-40]. Дзета-потенциал частиц активного ила (5±0,5 мкм) определяли методом микроэлектрофореза по электрофоретической подвижности [7]. Определение содержания углерода, азота, серы, водорода в органическом веществе проводили путем сжигания и последующего анализа продуктов окисления методом газовой хроматографии на анализаторе СНЫБ фирмы Elementar vario EL III с детектором по теплопроводности. Определение общего содержания углеводов в жидкой фазе суспензии активного ила проводили фенол-сернокислотным методом [8]. Содержание индивидуальных сахаров определяли методом газовой хроматографии и виде триметилсилильных производных, которые получали по методу [9]. Оценку флокулирующих свойств обработанной биомассы активного ила проводили: методом пробного коагулирования на модельных сточных водах с содержанием взвешенных веществ (глина) 200, 500 и 1000 мг/дм3; по содержанию взвешенных веществ в фугате после центрифугирования в течение 5 минут при 5000мин-1 обработанных проб активного ила. Содержание взвешенных частиц (мутность) оценивали по оптической плотности при длине волны 540 нм на КФК-2МП.
Объектом исследования была суспензия активного ила, отобранная после вторичных отстойников (содержание сухого вещества 5,98 г/дм3) и после илоуплотнителей (содержание сухого вещества 25,92 г/дм3) на Минской очистной станции аэрации в период март-апрель 2009 г.
Для оценки влияния продолжительности УЗ-обработки, мощности излучателя и амплитуды его колебаний на состав жидкой фазы, ее отделяли от обработанной иловой суспензии центрифугированием (фугат) и анализировали на содержание углеводов, ХПК, С, Н, N S. Для фугата определяли мутность.
Как видно из данных, представленных в таблице 1, количество компонентов дисперсной фазы иловой суспензии, которое переходит в водную фазу при УЗ-обработке, зависит от энергозатрат на диспергирование, обработку и амплитуды колебаний. При амплитуде колебаний 20 мкм наблюдается более «мягкое» воздействие на биомассу. Зависимость мутности фугата от энергозатрат на диспергирование носит экстремальный характер с минимумом, положение которого зависит от амплитуды колебаний. Наибольший эффект достигается при энергозатратах 10 Дж/см3 суспензии и амплитуде 20 мкм.
Таблица 1 - Зависимость ХПК и мутности жидкой фазы иловой суспензии от условий УЗ-обработки_
Показатель Условия обработки
- Мощность излучателя 215 Вт, амплитуда 20 мкм Мощность излучателя 630 Вт, амплитуда 20 мкм Мощность излучателя 215 Вт, амплитуда 80 мкм Мощность излучателя 630 Вт, амплитуда 80 мкм
Продолжительность обработки, с
- ю о ю о со о со о о> 5 о ю о со о со 0 9 ю о ю о со о со о о> ю о ю о со о со о о>
ХПК, мгО2/дм3 о сд со 0 о ■сГ со ю со со ю со о 5 со 7 6 со о> 0 2 4 0 со 5 0 со 5 1168 1156 1170 0 ю 3 2 о 4 6 со 4 0 сд 7 1080 1420 2 о 4 о ю 0 о 6 0 со 6 1024 1672
Мутность 0,81 0,34 0,42 0,57 0,68 0,85 0,89 0,47 0,64 0,68 0,85 0,93 1,02 0,66 0,48 0,53 0,88 0,96 1,20 0,61 0,45 0,53 0,89 1,06 1,46
При таком режиме обработки, вероятно, наблюдается максимальный переход в водную фазу внеклеточных биополимеров в виде геля, который хорошо флокулирует частицы дисперсной фазы, обеспечивая формирование более плотной структуры осадка (кека) при центифугировании. Дальнейшее увеличение продолжительности обработки приводит к измельчению дисперсной фазы и биополимерного геля, способствуя его растворению. Это приводит к увеличению ХПК и мутности фугата.
В составе жидкой фазы обработанной ультразвуком суспензии активного ила возрастает содержание азотсодержащих соединений (полипептидов, аминокислот) и углеводов, о чем свидетельствуют результаты, представленные в таблицах 2,3.
Таблица 2 - Элементный состав фаз суспензии активного ила после УЗ-обработки (мощность 215 Вт, амплитуда 20мкм)_
Фаза Продолжительность обработки иловой суспензии,с содержание элемента,%
N С S Н
Фугат 0 0,923 3,729 0,515 2,317
Фугат 90 3,577 18,82 0,508 4,215
Кек 0 6,725 37,28 0,960 8,155
Кек 30 6,555 37,77 0,875 5,623
Кек 60 6,343 36,00 0,889 7,932
Кек 90 6,189 36,13 0,883 7,119
Таблица 3 - Содержание полисахаридов в жидкой фазе активного ила после УЗ-обработки (амплитуда 80 мкм, мощность 630 Вт)_
Продолжительность обработки, с Содержание полисахаридов в фугате суспензии активного ила, мг/дм3
после илоуплотнителей после вторичного отстойника
51 8,4 12,3
151 9,0 11,0
301 6,5 8,0
901 8,5 8,0
52 7,0 5,0
152 10,0 8,5
602 11,5 7,0
902 25,0 20,0
1 амплитуда 20мкм, мощность 215 Вт; 2 амплитуда 80мкм, мощность 630 Вт
Несмотря на значительные различия в концентрациях сухого вещества в суспензии активного ила, отобранной после вторичных отстойников и после илоуплотнителей (5,98 г/дм3 и 25,92 г/дм3 соответственно), содержание полисахаридов после УЗ-обработки в активном иле после вторичного отстойника выше, чем в активном иле после уплотнителей. Анализ состава полисахаридов показал, что в них представлены арабиноза, фруктоза и глюкоза в соотношении 13,3:1,0:3,0 для активного ила после вторичных отстойников и 10:1:3 для уплотненного избыточного активного ила.
Зависимость дзета-потенциала и илового индекса иловой суспензии от продолжительности УЗ-обработки, которая приведена в табл.4, свидетельствует об изменении свойств поверхности частиц дисперсной фазы. Несмотря на увеличение абсолютной величины дзета-потенциала при осаждении частицы суспензии дают более плотный осадок.
Проверка флокулирующих свойств обработанной суспензии активного ила на модельных сточных водах, содержащих 200, 500 и 1000мг/дм3 взвешенных веществ, показала, что скорость совместного осаждения взвешенных частиц обработанной суспензии активного ила и сточных вод при расходе обработанной суспензии активного ила 1 % об. на 17 - 20 % выше, чем для активного ила и сточных вод в отдельности. Скорость осаждения и степень очистки при отстаивании в течение 60 мин. зависит от концентрации взвешенных веществ в сточных водах и уменьшается с ее увеличением. Эффективность использования обработанной ультразвуком суспензии активного ила подтверждена на сточных водах, поступающих на Минскую очистную станцию аэрации.
Таблица 4 - Зависимость дзета-потенциала и илового индекса суспензии активного ила от продолжительности УЗ-обработки_
Объект исследования Продолжительно сть УЗ-обработки, с Дзета-потенциал, мВ Иловый индекс, см3/г
Необработанная иловая суспензия 0 -30,5 81
Активный ил после УЗ-обработки (амплитуда 20 мкм, мощность 215 Вт) 10 -40,2 35
30 -35,9 50
60 -40,0 63
90 -39,0 71
Результаты исследований свидетельствуют о том, что ультразвуковая обработка при определенной мощности излучателя и амплитуде колебаний позволяет получить из суспензии активного ила биофлокулянт, который целесообразно использовать на очистных сооружениях канализации для увеличения степени очистки от взвешенных веществ и производительности оборудования механической очистки сточных вод.
Список использованных источников
1. Гвоздев, В. Д. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков / В. Д. Гвоздев, Б. С. Ксенофонтов. - Москва : Химия, 1988. - 112 с.
2. Жмур, Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками / Н. С. Жмур. - Москва : АКВАРОС, 2003. - 512 с.
3. Способ отделения взвешенных веществ от исходной сточной жидкости при аэробной очистке сточных вод: пат. 1958 Респ. Беларусь / А. А. Денисов, А. В. Семижон ; заявитель Белорусс. гос. технолог. ун-т. - № МПК С02Р 3/12; опубл. 30.12.1997 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр Ытэлектуал. уласнасцк -1997. - № 8(55). - С. 85-86.
4. Clark, P.B. Ultrasonic sludge pretreatment for enhanced sludge digestion / P.B. Clark // Water and Environ. Manag. 2000. - 14. - № 1. - Р. 66-71.
5. Zielewicz-Madej, E. Zastosowanie dezintegracji ultradzwiekovej do intensigfikowania produkcji lotnych kwasow tluszczowych z osadu wtornego / E. Zielewicz-Madej // Inz. i ochr. srod.2001. - 4. - №2. - Р. 231-237.
6. Лурье, Ю. Ю. Химический анализ производственных сточных вод / Ю. Ю. Лурье, А. И. Рыбникова. - Москва : Химия, 1974. - 336 с.
7. Баранова, В. И. Практикум по коллоидной химии : учебное пособие для хим.-технол. спец. вузов / В. И. Баранова [и др.] ; под ред. И. С. Лаврова. - Москва : Высш. школа, 1983. - 216 с.
8. Арончик, Б. М. Химия древесины / Б. М. Арончик, З. Н. Крейцберг // Рига: «Зинатне». - 1975. - № 15. - С.37.
9. Методы исследования углеводов / А. Я. Хорлина [и др.]., под ред. А. Я. Хорлиной. - Москва : Мир, 1975. - с. 9-13.
Статья поступила в редакцию 12.12.2009 г.
SUMMARY
More than 200 constructions of bioscrubbing of sewage are operating now in Belarus, which refine the basic quantity of the Industrial and household sewage draining to the water objects. One of perspective ways of increasing of sewage treatment and sewage disposal plants of the water drain suitable to operating conditions is using for these purposes of bioflocculants. With reference to sewage disposal plants of the water drain the greatest interest represents using as flocculant of active silt of cell material. Results of researches testify that ultrasonic processing at the certain capacity of a radiator and amplitude of fluctuations allows to receive bioflocculant which is expedient for using on sewage disposal plants of the water drain for increasing in the purification efficiency from suspended matters and productivity of the equipment for the mechanical cleaning of sewage.
