Ma’ruza 1 Sorbsion kurilmasini texnologik sxtmasi va xisobi Технологические схемы и расчеты сорбционных установок. Ma’ruza rejasi

Биосорбция. Недостатком всех сорбционных процессов является необходимость регенерации сорбентов. В связи с этим доказана перспективность и целесообразность применения для очистки СВ биосорбционного метода, реализованного в аппаратах с псевдоожиженным слоем активированного угля или цеолитов, либо в биомембранных реакторах с порошкообразной загрузкой.
Сущность биосорбционного метода состоит в совмещении в пространстве и во времени процессов адсорбции органических загрязнений из обрабатываемой воды с их биологическим окислением микроорганизмами и их экзоферментами, иммобилизованными на поверхности и в микропористой структуре пористого гранулированного носителя. Это позволяет непрерывно осуществлять эффективную и глубокую очистку воды от органических трудноокисляемых и токсичных соединений без необходимости термической регенерации или замены сорбента.
Применяются биосорберы с гранулированной загрузкой (БС); мембранные биореакторы со свободноплавающей микрофлорой (МБ) и с порошкообразным углем (МБ с ПАУ), оборудованные половолоконными микрофильтрационными мембранами с размером пор около 0,22 мкм.
Процесс биосорбционной очистки основан на совмещении процессов сорбции и биологического окисления загрязнений на поверхности загрузки. Поэтому подбор загрузочного материала биосорберов, определение сорбционных и гидравлических характеристик различных марок сорбентов (цеолитов и гранулированного активированного угля), выпускаемых промышленностью, приобретает особое значение.
Кинетика окисления загрязняющих веществ в биосорберах является основой технологического расчета и определяет взаимосвязь удельной скорости окисления примесей сточных вод с их концентрацией в реакторе (очищенной воде). Можно выделить три характерных режима кинетики окисления загрязнений. Режим первой зоны поддерживается при ХПК до 40 мг/л и по БПК до 5 мг/л, соотношение БПК/ХПК составляет от 0,15 до 0,24, что соответствует максимальной степени окисления как биоразлагаемых, так и биорезистентных соединений. Вторая зона характеризует переходный режим с нестабильным состоянием биопленки. Третья зона - это область качественного изменения процессов в биопленке и в структуре сорбента. По мере увеличения нагрузки соотношение БПК/ХПК изменяется от 0,25 до 0,5 и происходит переход в режим очистки с удалением в основном легкоокисляемых органических веществ с высокой скоростью. С учетом этого может оказаться целесообразным совмещение в одной технологической схеме двух отдельных биосорберов, рассчитанных на очистку и последующую доочистку, что в ряде случаев реализуется на практике.
Биосорбционный процесс протекает достаточно эффективно при температуре до 5 ^оС и может обеспечивать очистку воды от органических загрязнений, соединений азота и специфических ингредиентов (нефтепродуктов, формальдегидов и др.) до нормативов, предъявляемых к воде, сбрасываемой в водоемы рыбохозяйственного назначения, с учетом температуры обрабатываемой воды.
В то же время возможность выноса ПАУ из отстойника ограничивает применение этого метода. Решением этой проблемы может быть применение половолоконных мембран для разделения очищенной воды и суспензии ПАУ.
Мембранная технология, совмещенная с адсорбционной очисткой на порошкообразном угле, может рассматриваться как дальнейшее развитие биосорбционного метода. В мембранных биореакторах практически полностью удаляются взвешенные вещества, а в присутствии порошкообразного активированного угля нефтепродукты снижаются до нормативов ПДК (0,05 мг/л) и ниже, снижение ХПК достигает 70 %, а БПК – 98 %, удельная скорость окисления субстрата в биореакторах с порошкообразной загрузкой в 2-8 раза выше, чем в биореакторах с гранулированной загрузкой.
В технологической схеме очистных сооружений биосорберы следует включать после механической очистки. При этом содержание взвешенных веществ не должно превышать 25…30 мг/л, нефтепродуктов – 5,0 мг/л, других специфических загрязнений – в концентрациях, не превышающих максимально допустимые для сооружений биологической очистки. В случае превышения этих показателей, технологическая схема очистки СВ должна включать другие сооружения предварительной физико-химической очистки.
При удалении органических загрязнений (СПАВ, нефтепродукты и т.д.) в качестве загрузочного материала целесообразно использовать активированный уголь гранулированный (фракции 1-3 мм) или порошкообразный.
Основу технологического расчета биосорбера составляет определение требуемого количества активированного угля на основе экспериментально определенной или рассчитанной удельной скорости окисления ρ, по заданному лимитирующему показателю (нефтепродуктам, БПК, азоту аммонийному или другим лимитирующим компонентом) в зависимости от требований, предъявляемых к качеству очищенной воды.
Необходимое количество загрузочного материала Р, определяется по формуле

где

Со и Ск -	расчетная концентрация загрязнений в исходной и очищенной воде (г/м^3);
Q -	расход очищаемой воды (м^3/сут);
Ρ20 -	удельная скорость окисления загрязнения при температуре стока 20 ^оС (г загрязнения на кг угля (цеолита) в сут.);
χ -	константа уравнения Вант-Гоффа;
T -	температура поверхностного стока ^оС.

Величина ρ для любой степени очистки рассчитывается на основе кинетики окисления для каждого компонента загрязнений сточных вод.

Расчет требуемого количества загрузочного материала (активированный уголь или цеолит) следует производить для каждого вида загрязнений и принимать в качестве расчетного максимальное значение.
Может оказаться целесообразной очистка в двухступенчатых биосорберах. При этом расчет каждой ступени проводится по данным кинетики окисления компонентов загрязнений.
Конструктивные параметры биосорберов (диаметр реактора и его высота, высота псевдоожиженного слоя сорбента, скорость восходящего потока жидкости в реакторе, высота и диаметр аэрационной колонны, расход воздуха на аэрацию, водораспределительные системы и др.) рассчитываются на основе гидравлических характеристик загрузочного материала (оптимальная степень расширения псевдоожиженного слоя, скорость восходящего потока в реакторе, удельные потери напора в псевдоожиженном слое загрузочного материала).
При двухступенчатой схеме биосорбер первой ступени работает в режиме повышенных нагрузок и в нем происходит окисление примерно 85 % органических загрязнений с высокой скоростью; биосорбер второй ступени работает в режиме низких нагрузок (окисление около 10 % органических загрязнений) и обеспечивает доочистку до требуемых нормативов.
Технологический расчет мембранного биореактора с порошкообразным активированным углем заключается в определении количества загрузочного материала, объема биореактора и требуемой площади мембран. Количество загрузочного материала Р_ПАУ, т, определяется по вышеприведенной формуле.
Объем зоны окисления W_ок реактора


, м³

где С_ПАУ – концентрация порошкообразного активированного угля, г/л.

Требуемая площадь фильтрации (м²) половолоконных микрофильтрационных мембран определяется как отношение расхода воды на сооружение, м³/сут к оптимальной скорости фильтрования через мембраны от 0,3 до 0,5 м³/м².сут.