Файл: Белоусова Юлия Александровна ( фио обучающегося ) выпускная квалификационная работа магистерская диссертация.docx

Эффект разделения флотацией зависит от размера и от количества пузырьков воздуха. При этом необходима высокая степень насыщения воды пузырьками или большое содержание газа в ней. Удельный расход воздуха снижается с повышением концентрации примесей, т.к. увеличивается вероятность столкновения и прилипания. Большое значение имеет стабилизация размеров пузырьков процессе флотации. Для этой цели вводят различные пенообразователи, которые уменьшают поверхностную энергию раздела фаз. К ним относят сосновое масло, крезол, фенолы, алкил-сульфаты натрия.

Вес частицы не должен превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хорошо флотируются, зависит от плотности материала и равен 0,2-1,5 мм.

В практике очистки производственных сточных вод выработаны различные конструктивные схемы, приемы и методы флотации. Флотацию применяют для отчистки сточных вод многих производств: нефтепереработка, целлюлозно-бумажная промышленность, а также кожевенная, машиностроительная, пищевая и химическая. Флотацию используют для выделения активного ила после биохимической отчистки.

Достоинствами флотации являются:

1) непрерывность процесса;

2) широкий диапазон применения;

3) небольшие капитальные и эксплуатационные затраты;

4) простота аппаратуры;

5) селективность выделения примесей;

6) более высокая скорость процесса по сравнению с отстаиванием;

7) возможность получения шлама более низкой влажности;

8) высокая степень отчистки (95-98 %);

9) возможность рекуперации удаляемых веществ.

Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легко окисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Это способствует успешному проведению следующих стадий очистки.

Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу, можно выделить различные способы обработки производственных сточных вод.

Напорная флотация

Сущность этого метода заключается выделении пузырьков газа из пресыщенного раствора при перепаде давления. Газ выделяется в виде микропузырьков, зарождающихся непосредственно на частицах загрязнения, образуя прочные флотокомплексы. В данном методе во флотационную камеру подается два потока воды: очищаемая вода и рабочая жидкость (вода насыщенная растворенным газом в количестве 10% от общего потока). Рабочая жидкость готовится в сатураторе - аппарате, где происходит растворение газа. Рабочее давление в сатураторе составляет 3-9 Бар, время растворения не более 5 минут. В качестве рабочей жидкости может использоваться или исходная вода, но при этом усложняется эксплуатация, или очищенная вода, при этом увеличиваются габариты флотокамеры.

---

Очищаемая вода равномерно вводится во флотокамеру. Поток рабочей жидкости вводится через форсунки с высокой скоростью - 15-20 м/с. В результате резкого снижения давления на частицах загрязнений выделяется газ и протекает флотационный процесс.

Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду.

1.4.3 БО сточных вод

Для глубокой доочистки сточных вод применяют методы БО. В процессе БО сточных вод молокозаводов под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в очистной установке, полностью превращаются в безвредные продукты окисления – воду и двуокись углерода.

Биохимическая очистка применяется, как правило, после сооружений механической и физико-химической очистки. Биохимические процессы (в т.ч. биосорбция) – это универсальный способ удаления из предварительно очищенных сточных вод растворенных органических веществ. Наиболее простыми и дешевыми сооружениями биохимической очистки поверхностных сточных вод в естественных условиях являются биологические пруды и биологическое плато.

СВ, прошедшие механическую и физико-химическую очистку, содержат еще достаточно большое количество органических загрязнений и не могут быть выпущены в водоем без дальнейшей очистки.

Наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений биологический метод. Он основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Задачей БО является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления – Н₂О, СО₂, NO₃^-, SO₄^2- и др. Процесс биохимического разрушения, биодеградация, органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении.

Для правильного использования микроорганизмов при биологической очистке необходимо знать физиологию микроорганизмов, т.е. физиологию процесса питания, дыхания, роста и их развития.

Всякий живой организм отличается от неживого наличием обмена веществ, в процессе которого происходит усвоение питательных веществ и выделение продуктов жизнедеятельности.

---

Основными процессами обмена веществ являются питание и дыхание. Биохимическая очистка производственных сточных вод молокозаводов производится в биофильтрах, биореакторах, аэротенках и биологических прудах.

Биофильтры представляют собой железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом, который укладывается на дырчатое днище и орошается сточными водами. Для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, пластмассу и др. Очистка сточных вод в биофильтрах происходит под воздействием микроорганизмов, заселяющих поверхность загрузки и образующих биологическую пленку. При контакте сточной жидкости с этой пленкой микроорганизмы извлекают из воды органические вещества, в результате чего сточная вода очищается.

Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары длиной 30-100 м и более, шириной 3-10 м и глубиной 3-5 м. Очистка сточных вод в аэротенках происходит под воздействием скоплений микроорганизмов (активного ила). Для нормальной их жизнедеятельности в аэротенки подают воздух и питательные вещества.

Преимущества биологического метода очистки – возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Одним из возможных путей интенсификации процесса БО сточных вод может быть использование штаммов бактерий и адаптированных микроорганизмов. Применение штаммов микроорганизмов эффективно при очистке сточных вод определенного состава со специфическими загрязнениями. Адаптация штаммов к определенному виду загрязнений позволяет принимать на очистку более высококонцентрированные СВ и очищать их с высокой степенью.

Применение специализированных микроорганизмов и биоценозов в обычных аэротенках осложнено тем, что микроорганизмы многих видов чаще всего не образуют зооглейных скоплений, не дают осадка и не выносятся из зоны аэрации. Для улучшения отстаивания применяют коагуляцию, флотацию, центрифугирование, что требует дополнительных затрат. При высокой концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистку в аэротенки со специализированной микрофлорой, остаточная концентрация загрязнений достаточно велика и необходима доочистка сточных вод на второй ступени обычным активным илом. Следовательно, применение микробиологических методов целесообразно на локальных установках с небольшим расходом сточных вод и постоянным составом загрязнений.

---

Метод очистки сточных вод молокозаводов должен быть эффективный и не дорогой. На данный момент, ничего более эффективного, чем БО для данного вида сточных вод, не придумано.

1.4.3.1 Биоценоз активного ила в системе БО

В осуществлении БО сточных вод участвуют самые разнообразные группы микроорганизмов. Можно составить только очень приблизительный список отдельных видов, входящих в биологический консорциум, развивающийся в очистном сооружении, так как его состав очень сильно зависит от внешних условий.

Организмы, обитающие в очистных сооружениях, можно разделить на следующие группы:

- бактерии,

- грибы,

- водоросли,

- простейшие,

- многоклеточные.

В двух основных типах реакторов (сооружений) БО сточных вод – биофильтрах и установках с активным илом – создаются разные условия для жизнедеятельности, и это сказывается на составе обитающих в них организмов. Наибольшее число видов организмов обнаружено в биофильтрах. Из-за различий в конструкции и операционных характеристиках биофильтры отличаются сильно изменяющимися условиями среды, и хорошо приспосабливаться к обитанию в них могут самые различные организмы. В установках с активным илом их меньше и они не так разнообразны по видовому составу.

Бактерии. Многочисленны в реакторах обоих типов, но в реакторах с активным илом их относительно больше. Основная задача бактерий – первичная трансформация и разложение растворенных органических веществ. Они также участвуют в разложении взвешенных органических веществ посредством синтеза внеклеточных ферментов. Обычное содержание бактерий в активном иле составляет 10¹⁰ – 10¹² на литр.

Грибы. Конкурируют с бактериями за источники питания и, поскольку преимущество обычно бывает на стороне бактерий, в реакторах грибы не так многочисленны, как бактерии. Однако именно их развитию способствуют низкие значения рН в реакторе. Грибы лучше представлены в биофильтрах, чем в активном иле.

Водоросли. Обнаруживаются на поверхности биофильтров, где условия благоприятны для их развития (свет и питание), а также в биопрудах, используемых на конечных стадиях очистки стока.

Простейшие. Обычные обитатели биофильтров. В сооружениях с активным илом их численность зависит от нагрузки на это сооружение: чем ниже нагрузка, тем больше простейших. Простейшие паразитируют на бактериях, поедают грибы и водоросли, взвешенные органические вещества и выполняют важную функциюво вторичном осаждении сточных вод.

---

Многоклеточные. Ареал распространения тот же, что и у простейших, т.е. они предпочитают биофильтры и активный ил при низкой нагрузке. В реакторах можно обнаружить коловраток, ракообразных, различного вида насекомых и т.д.

БО осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями. При очистке одной и той же сточной воды в аэротенке и биофильтре развивается идентичная микрофлора, но с разным количественным соотношением отдельных групп микроорганизмов.

В процессе разработки технологической схемы очистки сточных вод, содержащих органические вещества, необходимо учитывать агрегативное состояние этих загрязнений в сточных водах.

Для очистки сточных вод, содержащих значительные количества органических веществ, применяют сооружения первичной (механической, физико-химической, электрохимической) и вторичной (биологической) очистки.

Поэтому основной задачей ВКР было исследование состава сточных вод и отработка основных способов очистки: физико-химической и биологической, и на основе результатов эксперимента разработка технологической схемы очистки сточных вод.

1.5 Характеристика загрязнений СВ

СВ предприятий молочной промышленности разнообразны как по компонентному составу, так и по концентрации, и представляют собой сложную физико-химическую систему, в которой наряду с растворенными веществами содержатся частицы различной степени дисперсности. Размер частиц колеблется в широких пределах (от 10 ^{- 9} до 10 ^{- 2} м).

Дисперсная фаза сточных вод предприятий пищевой промышленности определяется понятием "взвешенные вещества", которые делятся на оседающие (рч > рс), неоседающие (рч = рс), всплывающие (рч < рс), где рч и рс соответственно плотность частиц (дисперсной фазы) и сплошной среды (дисперсионной фазы).

Твердые взвешенные частицы отделяют отстаиванием или фильтрованием в гравитационном или в центробежном поле, жидкие - отстаиванием в гравитационном и центробежном поле. Возможно выделение взвешенных частиц также флотированием.

Помимо взвешенных веществ, стоки предприятий содержат значительное количество растворенных веществ, удаление которых возможно только химическим или биохимическим путем.

---