Особенности очистки городских сточных вод при использовании их для орошения в засушливых регионах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Хатем Мохаммед Гхази Матар

• Хатем Мохаммед Гхази Матар
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хатем Мохаммед Гхази Матар

Введение

Глава 1. Математическое описание эффективности работы первичных радиальных отстойников по результатам их эксплуатации

Условные обозначения к главе

1.1. Основные параметры для расчета первичных отстойников

1.2. Способы расчета первичных отстойников

1.3. Определение эффективности работы действующих отстойников

1.4. Модель линейной степенной функции

1.5. Усовершенствование эксплуатационной модели 14 Выводы по главе

Глава 2. Математическое описание работы аэротенков с учетом процессов нитрификации

Условные обозначения к главе

2.1. Технология и схемы сооружений биологической очистки

2.2. Сопоставление расчета аэротенков по СНиП с реальными данными

2.3. Классическое описание процесса биологической очистки по двухстадийным ферментативным реакциям

2.4. Показатели состава сточных вод и их оценка при составлении математических моделей

2.5. Оценка качества очищенной воды по ее стабильности

2.6. Анализ и изменение расчетной формулы

2.7. Определение расчетных параметров по данным

Центральной станции аэрации

2.8. Связь параметров процесса со степенью нитрификации

2.9. Рекомендации по расчету аэротенков на заданное качество очищенной воды

Выводы по главе

Глава 3. Оценка эффективности работы вторичных отстойников и фильтров доочистки.

Условные обозначения к главе

3.1. Вторичные отстойники

3.2. Процесс осветления воды во вторичном отстойнике

3.3. Подготовка биологически очищенных сточных вод методом фильтрования 72 Выводы по главе

Глава 4. Особенности системы орошения ори использовании очищенных сточных вод

Условные обозначения к главе

1.1. Краткая характеристика орошения в засушливых регионах

1.2. Элементы техники подпочвенного орошения

1.3. Гидравлический расчет 93 Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности очистки городских сточных вод при использовании их для орошения в засушливых регионах»

Дефицит пресной воды в засушливых районах стран СНГ и в ближневосточном регионе заставляет искать пути использования городских биологически очищенных сточных вод в сельском хозяйстве. Интенсивное испарение воды и повышение вследствие этого ее солесодержания, цветение воды в открытых хранилищах, образование высолов и солончаков ограничивают применение поверхностного орошения. Хранение биологически очищенной воды в закрытых емкостях, увеличение стабильности (незапшваемости) воды, подпочвенное орошение исключают многие из возникающих проблем и открывают перспективное направление использования сточных вод. Подготовка сточных вод в ходе механической и биологической очистки, фильтрование, хранение и внесение в почву должно сопровождаться соответствующими условиями санитарной и экологической безопасности. Нормативы агротехники требуют снижения БПК до уровня 15 мг/л и менее, частичного окисления общего азота с содержанием аммонийного азота не более 5 мг/л, незапшваемости воды в оросительной сети. Следовательно, подготовка воды на очистных сооружениях должна носить целенаправленный характер, обеспечивать требуемое качество воды с высокой надежностью. Механическая и биологическая очистка сточных вод должна быть управляемой, частично либо полностью автоматизированной. Для выполнения поставленной цели собраны и обработаны материалы по эксплуатации первичных и вторичных отстойников на очистных станциях Санкт-Петербурга. Определена эффективность работы первичных радиальных отстойников на основе систематически определяемых показателей (концентрация взвешенных веществ и зольность осадка) и параметров (глубина проточной части отстойника, продолжительность отстаивания воды), на базе которых возможно составить прогноз качества осветленной воды, поступающей в аэротенки. В действующих нормативных документах и правилах не учитываются процессы нитрификации и дешггрификации в аэротенках, степень очистки не увязана с глубиной трансформации соединений азота, расчетные формулы нацелены на показатель БПКп01н, который не применяется в зарубежной практике. В настоящей работе дан анализ формул для расчета аэротенков, они приведет! к виду классических описаний двухстадийных ферментативных реакций с активацией и ингибированием хода биологической очистки. Качество очшцешюй воды оценивается по БПК и по степени окисления азота. Проведены экспериментальные исследования по стабильности биологически очищенной воды в зависимости от соотношения азота аммонийного и нитратного; установлено, что примерное равенство концентраций этих двух форм азота позволяет достигнуть незагниваемости очшцешюй воды в течение порядка 45-50 суток. Составлены формулы для расчета аэротенков по заданной стабильности воды и глубине нитрификации. Предложены схемы работы аэротенков с частичной нитрификацией и управляемой денитрификацией, с помощью которой возможно корректировать состав очищенной воды. Проанализированы материалы исследований сотрудников кафедры "Водоснабжение" СПбГАСУ по фильтрованию биологически очищенной воды. Рекомендованы сверхскоростные фильтры для условий работы в непостоянном режиме (с перерывами в орошении) и обычные скорые фильтры в стационарном круглогодичном режиме работы. Принято подпочвенное орошение с глубиной заложения увлажнителей 0,5-0,7 м, не допускающих выход жидкости на поверхность и образования солончаков. Приняты увлажнители диаметром 20-30 мм, с шагом перфорации 0,5 м и диаметром отверстий 2 мм. Предлагается выращивание растений с развитой корневой системой. В зимний дождевой период проводится промывка сетей и почвы от солей.

Исследования проводились на трех очистных станциях Санкт-Петербурга. За основу приняты данные по эксплуатации сооружений на Центральной (ЦСА) и Северной (ССА) станциях аэрации. Стабильность очищенной воды определялась на Пушкинской (ПСА) станции аэрации, результаты работы которой также приведены в диссертации. Биологическая очистка на упомянутых станциях аэрации характеризуется как частичная нитрификация с денитрификацией различной степени. При составлении зависимостей в расчет принимались данные 1998-1999 гг., когда изменения в традиционной технологии очистки сточных вод были минимальными. За помощь в работе авторы приносят большую благодарность сотрудникам ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербурга".

Автор выражает признательность и благодарность зав. кафедрой "Водоотведение и экология" доктору технических наук профессору Алексееву М.И., сотрудникам и преподавателям кафедры, а также зав. кафедрой «Водоснабжение» доктору технических наук профессору Феофанову Ю.А., профессорам той же кафедры докторам технических наук Курганову А. М. и Киму А.Н. за помощь в работе.

Заключение диссертации по теме «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», Хатем Мохаммед Гхази Матар

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Орошение сельскохозяйственных угодий биологически очищенными сточными водами в засушливых регионах связано с рядом проблем. Поверхностное орошение неизбежно влечет за собой засоление почв, цветение воды в полевых хранилищах. Подпочвенное орошение исключает упомянутые негативные явления, но требует тщательной подготовки воды во избежание загнивания ее в закрытой оросительной сети и кольматации распределительных систем.

Для гарантированного получения требуемого качества очищенной воды необходима оперативная информация о работе всей системы очистки сточных вод, от первичных отстойников до узла фильтрования и хранения воды.

2. По результатам эксплуатации первичных радиальных отстойников Центральной станции аэрации составлено математическое описание, учитывающее регулярно измеряемые параметры - концентрацию взвешенных веществ и их зольность, глубину проточной части отстойника, продолжительность отстаивания, на основе которого определяется состав осветленной воды.

3. Проведены экспериментальные исследования по стабильности биологически очищенной воды с различной степенью окисления азота. Показано, что примерное равенство количества окисленного азота в форме нитратов и количества аммонийного азота гарантирует незагниваемость очищенной воды в течение 45-50 суток, благодаря чему упрощаются условия ее хранения и использования.

4. Формулы для расчета аэротенков по нормативным документам и справочной литературе не учитывают процессы нитрификации и денитрификации. При содержании растворенного кислорода вблизи нулевой концентрации скорость очистки обращается в нуль, что противоречит реально наблюдающимся процессам денитрификации при наличии нитратов в возвратном активном иле. Составлено математическое описание процесса биологической очистки на основе классических двухстадийных ферментативных реакций, включающее возможность денитрификации при нулевой концентращш растворенного кислорода.

5. Ввиду несоответствия параметров нормативной формулы для расчета аэротенков реальным результатам определены расчетные значения максимальной скорости очистки, константы полунасыщения и другие величины по данным работы Центральной станции аэрации Санкт-Петербурга, являющейся типичной очистной станцией с четкой организацией работы и контроля за технологическим процессом. Составлены соотношения между БПК5, БГПСп, нагрузкой на ил и степенью окисления азота в ходе очистки, благодаря чему становится возможным вести расчет аэротенков на заданное качество очищенной воды.

6. Подготовлены рекомендации по схемам работы аэротенков, в которых в качестве основного управляющего параметра выступает рециркуляция ила либо нитратсодержащей иловой смеси.

7. Составлены математические описания работы вторичных отстойников на основе параметров массы ила в сооружениях, высоты проточной части и слоя ила, продолжительности отстаивания, нагрузки на водосборные лотки.

8. Выбрана технология фильтрования для доочистки воды — сверхскоростное для процессов с перерывами в работе и стационарные традиционные при непрерывной работе.

9. Указаны условия применения подпочвенного орошения и ее особенности, рассмотрены элементы подпочвенного орошения, приведены основные закономерности для гидравлического расчета распределительных и увлажнительных трубопроводов, указаны основные оптимальные размеры распределительных сетей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хатем Мохаммед Гхази Матар, 2004 год

1. Алексеев М. И., Мишуков Б. Г., Гумен С. В., Васильев Б. В. Удаление азота и фосфора из сточных вод Санкт- Петербурга.// Водоснабжение и санитарная техника. 1998 № 10, с. 11.

2. Багирова Р. И., Минимализация кратности междурядных обработок при внутрипочвенном ( подпочвенном ) орошении хлопчатника; Автореф. дис. .канд. сельскохоз. наук. -Ташкент., 1979. 16 с.

3. Березин И. В., Мартинек К. Основы физической химии ферментативного ката-лиза. М., «Высшая школа», 1977.280 с.

4. Бондарев А. А. Биологическая очистка промышленных сточных вод от соединений азота; Автореф. дис.д-ра техн. наук., ВНИИВОДГЕО. М., 1990. 49 с.

5. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения/ Спр-к под ред. Б. Н. Репина, М. Высшая школа, 1995.

6. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. Наука, М:, 1975. 871 с.

7. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Высшая школаМ: 2000. 478 с.

8. Гурский Е. И. Теория вероятностей с элементами математической статистики. Высшая школа, М: 1971. 327 с.

9. Гюнтер Л. И., Запрудский Б. С. К выбору математической модели процесса биохимической очистки сточных вод.// Микробиологическая промышленность, №5, 1971.

10. Ю.Данилович Д. А., Дайнеко Ф. А., Мухин В. А., Николаева Е. Б., Эпов А. Н. Удаление биогенных элементов.// Водоснабжение и санитарная техника. 1998. Jfe 9. С. 10-13.

11. П.Демидов О. В., Фунтиков С. А. Канализационные отстойники -конструкции, методы расчета, технологическое моделирование: Обзорная информация,- Сер. Инженерное обеспечение объектов строительства. -М.: ВНИИНТПИ, 2001.-Вып.З

12. Дорофеев А. Г., Козлов М. Н., Данилович Д. А., Аджиенко Т. М., Рыбаков Л. А. Сравнительная оценка методов определения концентрации кислорода для контроля процессов биологической очистки сточных вод. // Вода и экология, 2001. № 4. С 18-26.

13. Иванов Г. Г., Эль Ю. Ф., Телеснин М. Р. Оценка эффективности работы крупноразмерных вторичных отстойников.// Водоснабжение и санитарная техника. 1992. № з. с. 5-6.

14. Игнатчик В. С., Блинов А. В. Определение показателей надежности радиальных отстойников /51-я научная конференция СПбГАСУ: Тезисы докладов. СПб 1994, 72 с.

15. Игнатчик В. С., Ильин Ю. А., Блинов А. В. Управление комплексом «аэротенк вторичный отстойник»// Материалы 51-й научной конференции СбГАСУ, СПб, 1994, с. 50-53.

16. Исследования по удалению азота и фосфора из сточных вод на опытно-промышленной установке. Отчет о НИР, СПбГАСУ, 1997.

17. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: Спр-к проектировщика под ред. В. Н. Самохина. М., Стройгодат, 1981.638 с.

18. Кармазинов Ф. В. и др. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга СПб.: Изд-во « Новый журнал », 2002. 683 с.

19. Кармазинов Ф. В. и др. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга. СПб.: Стройгодат, 1999. 424 с.

20. Келесбаев Б. А., Разработка метода расчета сети внутрипочвенного орошения хлопчатника; Автореф. дис. . канд. техн. наук. Ташкент.,1984. 24 с.

21. Ким А. Н., Совершенствование напорных водоочистных сооружений: Дис. .д-ратехн. наук.- СПб., 1998.- 314 с.

22. Клячко В. А., Апелыцш И.Э. Очистка природных вод. Издательство литературы по строительству. М., 1971. 578 с.

23. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Наука, М:, 1974. 831 с.

24. Курганов А. М., Федоров Н. Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. М.: Стройиздат, 1986. 440 с.

25. Медведев Г. П., Мишуков Б.Г., Соловьева Е. А.' Экспериментальное исследование радиальных отстойников.// Водоснабжение и санитарная техника. 2000. № 8, С. 18-20.

26. Мишуков Б. Г Схемы биологической очистки сточных вод от азота и фосфора / Методические рекомендации СПбГАСУ: СПб, 1995, 35 с.

27. Мишуков Б. Г. Удаление из сточных вод азота и фосфора биологическим методом// Отведение и очистка сточных вод: Научные чтения, посвященные 100- летию со дня рождения С. М. Шифрина/ СПбГАСУ. СПб. 1999. с. 18.

28. Мишуков Б. Г. Расчет канализационных очистных сооружений г. Пушкина и оценка эффективности их работы в ходе реконструкции, СПбГАСУ, 2000.

29. Николаев А. Н., Большаков Н. Ю. Модель биологической очистки городских сточных вод в системе аэротенк вторичный отстойник.// Вода и экология, 2001. №4. С. 27-32.

30. Николадзе Г. И. Водоснабжение. М., Стройиздат. 1989. 496 с.

31. Определение параметров работы аэротенков, уплотнителей и центрифуг при глубоком удалении азота и фосфора из сточных вод КОС г. Пушкина / Мишуков Б. Г.: Отчет о НИР // ЗАО «Водопроект -Гипрокоммунводоканал», х/д №3063, СПб, 2002, 82 с.

32. Определение эксплуатационных параметров работы узла удаления биогенных элементов на опытно промышленной установке

33. Красносельской станции аэрации: Отчет о НИР / СПбГАСУ, х/д 90, СПб, 1998, 84 с.35.0рловский 3. А. Очистка сточных вод в аэротенках. М. МКХ РСФСР, 1960.

34. Пономарев В. Г. Очистка производственных сточных вод от грубодиспергированных примесей: Автореф. дис.докт. техн. наук / ВНИИВОДГЕО. М., 1993. 65 с.

35. Расчет одноступенчатых аэротенков и вторичных отстойников для приведенного числа жителей 5000 и более. Правила. Сточные воды -отходы. ФРГ. 1991

36. Расчет параметров процесса нитрификации- денигрификации и разработка технического регламента работы секции 5 аэротенка 1. Отчет о работе по договору подряда 04.11.1999. СПб. 1999.

37. Расчет параметров процесса нитрификации денигрификации и разработка технического регламента работы секции 5 аэротенка 1 / Мишуков Б. Г.: Отчет о НИР // СПб, 1999.40 с.

38. Расчет сооружений механической очистки городских сточных вод: метод, указ. СПбИСИ, сост. Мишуков Б. Г., СПб, 1993.

39. Рахматиллоев Р., Технология внутрипочвенного капельного орошения хлопчатника; Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М., 1982. 18 с.

40. Репин Б. Н. Метод расчета аэротенков по кинетическим параметрам процесса.// Водоснабжение и санитарная техника. 1983. № 2. С. 8-10.

41. Рудзский Г. Г., Ким А. Н. Доочиетка и повторное использование городских сточных вод для водоснабжения промышленных предприятий: Конспект лекции. Л.: ЛИСИ, 1983.-38 с.

42. Савельев С. Ф. Исследование вертикальной составляющей скорости потока: Известия ВНИИГ им. Веденеева. Л., 1938. Т. 22.

43. СанПиН 2.1.7.573-96 Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения. М.: Минздрав России, 1997. 53 с.

44. Скирдов И. В. Кинетика отстаивания взвешенных веществ сточных вод.// Водоснабжение и санитарная техника. 1993. № 6. С. 4-6.

45. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1985. 72 с.

46. СНиП Н-32-74. Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1975. 88 с.

47. Соловьева Е. А., Особенности работы аэротенков и отстойников при удалении азота и фосфора; Автореф. дис. .канд. техн. наук.- СПб., 2003. -20 с.

48. Соловьева Е. А., Особенности работы аэротенков и отстойников при удалении азота и фосфора: Дис. .канд. техн. наук.- СПб., 2003. 130 с.

49. Справочник по механизации орошения. М.: Колос, 1979. 303 с.

50. ЧурбановаИ. Н. Микробиология. М. МИСИ, 1974.

51. Шевелев Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных и пластмассовых водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1970. 112 с.

52. Шифрин С. М., Мишуков Б. Г., Феофанов Ю. А. Расчет сооружений биохимической очистки городских и промышленных сточных вод / Учебное пособие ЛИСИ: Л 1977, 73 с.

53. Шифрин С. М., Мишуков Б. Г., Феофанов Ю. А. Теория и практика расчета аэрационных сооружений канализации. Учебное пособие, ЛИСИ, Л.: 1976.

54. Шифрин С. М., Современные способы механической очистки сточных вод. М.: Госстройидат, 1956, 178 с.

55. Э. Корниш — Боуден. Основы ферментативной кинетики.М.: МИР, 1979. 280с.

56. Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения. Спр-к. Л.: Стройиздат, 1988. 383 с.

57. Яковлев С. В. Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов: М., 2002.703 с.

58. Яковлев С. В. и др. Рациональное использование водных ресурсов. Учебник для вузов: М., Высшая школа, 1991. 400 с.

59. Яковлев С. В. и др. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов: М., 1996. 591 с.

60. Яковлев С. В., Калицун В. И. Механическая очистка сточных вод. М.: Стройиздат 1972. 199 с.

61. Яковлев С. В., Калицун В. И., Иткин A. JT. Отстаивание сточных вод в покое /Водоснабжение и канализация/№ 1, 1967.

62. Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М. и др. Очистка производственных сточных вод. М., Стройиздат, 1979, 320 с.

63. Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М., Воронов Ю. В. Водоотводящие системы промышленных предприятий. Стройиздат, М: 1990.

64. Яковлев С. В., Карюхина Т. А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М., Стройиздат, 1980. j

65. Яковлев С. В., Карюхина Т. А., Чурбанова И. Н. Возникновение и развитие метода биологической очистки сточных вод. М., Московский рабочий, 1977.

66. Яковлев С. В., Худоба Я., Решетка Д., Карюхина Т. А. Очистка сточных вод химико- фармацевтической промышленности. Стройиздат, 1981.

67. Anton Peter, Ferdinand Sarfert. Betrieb von Anlagen zur biologischen P-elimination / 1994 , pp. 501 535.

68. Botts J., Morales M. Trans. Faraday Soc, 49, 1953. 707.

69. Combined nitrogen and phosphorus removal from wastewaters / Valve Matti // Publication of the Water Research Institute, National board of Waters, Finland. 58.

70. D. Donnert, A. Peter Fröhlich und F. Safert. Betreibsergrbnisse der biologischen und chemical Phosphorentfernung in Berliner Klarwerken sowie Versuchsergebnisse einer Pilotalange zur absorptiven aus kommunalen

71. Abwasser / Karlsruher Flockunstage IS WW, Universität Karshule, 1993, pp Л 85 -225.

72. Das ab~verfahren zur biologischen abwasser-reinigung: Forschungsinstitut fur Wassertechnologie an der RWTH Aachen, Aachen, 1990,43 p.

73. Die Hochsculgruppe "Erfahrungsaustuasch Biologiche Phosphatelimination"-Uberblick über Untersuchungen und Ergebnisse / Seyfreied C. F., Jardin N., Scheer H., Teichfisher Th., Wedi D //

74. Eisenthal R., Cornish-Bowden A., Biochem. J., 139. 1974, 720/

75. Esa K. Renko and Markku Pelkonen. Monitoring of sludge Settleability and characteristics / Biologien fosforin ja typen poisto yhdyskuntajatevesista suomenojan tutkimusasemalla: Valiraportti, 1997.

76. Gerard J. J. Kortstee, Klaas J. Appeldoom etc. Biology of polyphosphate -accumulating bacteria involved in enhanced biologital phosphorus removal/ FEMS Microbiology Reviews 15/ 1994 137-153.

77. Haldane J. B. S., Enzymes, Longmans Green. London, 1930.

78. Line weaver H., BurkD., J. Amer. Chem. Soc., 56. 1934.

79. Matsche N. Verfahrensmogiichkeiten und beeinflussende Faktoren der biologischen Phosphorentferung / Karlsruher Flockunstage ISWW, Universität Karshule, 1993, pp. 137-159.

80. Michaeies L., Menten M. L., Biochem. Z., 49. 1913.

81. Piijo Rantanen. A hybrid process for biological P and N removal pilot plant experiments / Biologien fosforin ja typen poisto yhdyskuntajatevesista suomenojan tutkimusasemalla: Valiraportti, 1997.

82. Rantanen P. Biological phosphorus removal study at Suomenoja research station, Vatten 50, Lund, 1994.

83. S. Sozen, D. Orhon etc. A new approach for the evaluation of the maximum specific growth rate in nitrification/ Wat. Res. Vol. 30, № 7, 1996.

84. Schlegel S. Operation results of a waste water treatment plant with biological N&P elimination / Симпозиум «Удаление азота и фосфора из сточных вод». Материалы. СПб, 1992.

85. Sheer. H. Ansätze zur Bemessung und Kostenabschatzung der biologischen Phosohorelimination / Karlsruher Flockunstage ISWW, Universität Karshule, 1993, pp.267- 295.

86. Swinboume E. S., J. Chem. Soc., 1960.

87. T. Kuba, J. J. Heijnen Phosphorus and nitrogen removal with minimal COD requirement by integration of denitrifrying dephosphatation and nitrification in a two- sludge system/ Wat. Res. Vol. 30, № 7,1996.

88. Toimintakertomus 1992: Espoon kaupungin vesi ja veimarilaitos. Espoo, 1992.

89. Vesihallituksen monistesarja №1981/51 / Ravinteiden poisto biologisessa puhdistuksessa. Valiraportti 2. Toinen painos: Helsinki, 1981, 89 p.