CC BY
82
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИОФИЛЬТРА ДЛЯ ПЛОСКОСТНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА
О.В. Янцен
МГСУ
В статье рассматривается расчет времени пребывания сточной воды в теле плоскостного загрузочного материала в биофильтре для определения оптимальных параметров работы реактора.
The article deals with the calculation of the residence time of waste water in the body offilling material in the biofilter to determine the optimum settings.
В настоящее время сотни построенных станций биофильтрации работают в режиме, превышающим их расчетную пропускную способность, как по расходу сточных вод, так и нагрузкам по органическим загрязнениям. Весьма актуальной стала проблема модернизации таких станций. [2]
Биофильтры широко используются на очистных сооружениях малой производительности, в Московской области это около 70% использования биологических фильтров от всех очистных сооружений малой производительности. Большинство из них нуждается в реконструкции и интенсификации происходящих в них процессов. Реконструкция является таким решением данной проблемы, которая не требует значительных капитальных затрат, по сравнению с новым строительством, и является достаточно эффективным способом модернизации станций биофильтрации.
Важное значение в работе биофильтра имеет определение оптимального расхода сточных вод, гидравлической нагрузки на установку, выбор наиболее эффективного загрузочного материала. Определение этих параметров является путем решения такой проблемы как реконструкция биофильтров. [1]
По виду загрузочного материала биофильтры классифицируются на биофильтры с объемной загрузкой и плоскостной. Наибольший интерес на данный момент представляют плоскостной загрузочный материал, обладающий меньшим весом и большими значениями пористости.
При конструировании новых загрузочных материалов необходимо соблюдать требования долговечности, жесткости, химической и биологической стойкости, морозостойкости. Загрузочный материал должен иметь развитую поверхность контакта: сточная вода- биопленка- загрузочный материал, небольшой объемный вес, высокую пористость. [1]
Было принято решение проводить исследования по определению времени контакта сточной воды с плоскостным загрузочным материалом в теле биофильтра, так как большое влияние на процессы биохимического окисления в биофильтрах оказывает время пребывания сточной воды в теле загрузочного материала (время контакта), т.е. интенсивность и глубина процессов биохимической очистки зависят, в том числе и от длины пути, который проходят капли сточной воды по поверхности загрузки.
2/2010
ВЕСТНИК _МГСУ
Для данного эксперимента было принято решение использовать плоскостную жесткую засыпную загрузку. В качестве такого загрузочного материала могут быть применены различные пластмассовые изделия, отличающиеся небольшим весом, что является существенным преимуществом в выборе загрузочного материала.
В данном опыте применяется материал из обрезков гофрированных полиэтиленовых труб, общий вид, которых представлен на рис.1
Вес одного элемента загрузки- 1,510 г, удельный вес 191 г/мЗ.
Через лабораторную модель биофильтра, выполненную из оргстекла, круглую в плане, высотой 2 м, диаметром 0,1 м (высота загрузочного материала 1,9 м), пропускался раствор не окисляющегося концентрированного красителя (трассера) с фиксацией его изменения концентрации в выходящей воде фотоколориметрическим методом.
На рис. 2 представлено схематическое изображение лабораторной модели биологического фильтра.
Рис.1
Рис. 2: 1- бак с исходной водой;
2- вентиль для регулирования расхода; 3- устройство для равномерного орошения водой поверхности загрузочного материала; 4- загрузочный материал;
5- корпус биофильтра; 6- поддерживающая решетка;
7- сборник сточной воды;
Для проведения экспериментов использовался краситель красный Е124, массой 1,5 г, разведенный в 200 мл дистиллированной воды.
Устанавливался режим поступления воды на лабораторные модели биофильтров ( 58 л/сут, 108 л/сут, 173 л/сут), трассер в количестве 25 мл. залпом вводился в модель биофильтра, в которую параллельно поступала исследуемая жидкость. Через определенные промежутки времени отбиралась проба на выходе из биофильтра, начиная от его введения до полного исчезновения окраски.
Затем отобранные пробы исследовались на светонепроницаемость (оптическая плотность) на фотоэлектрокалориметре. По результатам были построены графики зависимости концентрации красителя от времени отбора пробы, с использованием заранее построенной калибровочной кривой, которая строится по результатам определения оптической плотности ряда стандартных растворов красителя с различными концентрациями.
1 опыт был проведен с расходом 57,89 л/сут, была построена кривая зависимости концентрации красителя от времени отбора пробы.
Время отбора лрооы. мин.
2 опыт проводился с расходом 172,8 л/сут, также была построена кривая.
2.5
3 опыт проводился с расходом 108 л/сут, также была построена кривая.
2/2010 ВЕСТНИК
2,5
0,5 1 2 3 4 6 В 10 12 15 1Е 21 25 29 33 39 5Я 60 70 Б0 90 Время отбора пробы, мнн.
Ниже приведен график изменения окраски сточной воды в зависимости времени пребывания в биофильтре при различных гидравлических нагрузках.
Графпк пзмепепия копцептрдпнн красителя в зоб и сим ости пребывания воды в теле биофильтра при различных значениях гнлраатнческон нагрузки.
80
а 0,5 1 1 3 * 6 8 10 13 15 18 п 25 29 33 39 50 60 50 Е0 90 100110
Время отбора [гробы, Я1мы
На основе предыдущего построен следующий график
З.В5 7,2
Среднее время пребыввання сточной воды в биофильтре может быть выражено уравнением:
С л Д t= —
где Н- высота слоя загрузочного материала в м,
q- гидравлическая нагрузка в м3/м3/сут,
Си n- константы, которые зависят от площади поверхности биопленки в единице объема загрузки, от вязкости жидкости и конструкции загрузочного материала.
При высоте слоя загрузочного материала Н= 1,9 м, формула приобретает вид:
î = 114.РХ
Таким образом, подставляя значения гидравлической нагрузки, получаем 108,2 мин, 78,2 мин., 61,25 минут соответственно.
В результате эксперимента выявлено, что данный загрузочный материал, обладает параметрами, необходимыми для оптимальной работы биофильтра, для всех рассмотренных вариантов расходов воды, подходит как для реконструкции существующих биологических фильтров, в том числе и для режима глубокой очистки.
Литература:
1. Саломеев В.П. Совершенствование биохимических способов очистки сточных вод химической промышленности от вредных веществ. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.
2. Яковлев C.B. Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ Учебник для ВУЗов:- M. АСВ, 2002
3. Очистка сточных вод: Пер. с англ. / Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен И., АрванЭ.- М.: Мир, 2006.
Ключевые слова: Биологическая очистка, биофильтр, загрузочный материал, время пребывания, сточная вода, реконструкция, очистные сооружения, глубокая очистка.
Keywords: Biological treatment, biofilter, filing material, residence time, waste water, reconstruction, treatment plants, deep treatment.
Статья представлена редакционным советом «Вестник МГСУ»
e-mail автора: [email protected]
