К.т.н. Салмин С.М., к.т.н. Сафронов М.А., к.т.н. Титов Е.А.,

студент Долгушев М.С.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Экспериментальные исследования эффективности использования электрогидродинамического устройства для обработки активного ила

Одним из наиболее актуальных решений проблемы интенсификации биологической очистки сточных вод в аэротенках является обработка возвратного активного ила в электрогидродинамических устройствах (ЭГДУ), где можно обеспечить условие для быстрого насыщения иловой жидкости кислородом воздуха с одновременной активацией микроорганизмов электрическим током при минимальных эксплуатационных затратах [1-8].

Лабораторные исследования по активации возвратного ила и ее влияния на процесс биологической очистки проводились на лабораторной установке, которая включала в себя опытный и контрольный аэротенки периодического действия емкостью по 0,1 м³ каждый. Аэротенки были снабжены системой пневматической мелкопузырчатой аэрации.

Возвратный активный ил из напорного трубопровода очистной станции подавался в контрольный аэротенк, а также через лабораторное ЭГДУ – в опытный аэротенк. Подача сжатого воздуха в ЭГДУ осуществлялась мембранным компрессором. Конструкция ЭГДУ приведена в работах [7, 8].

Лабораторное электрогидродинамическое устройство (ЭГДУ) имело камеру входа D_у=70 мм и ствол d_у=20 мм. На крышке входной камеры устанавливался диэлектрический патрубок подачи сжатого воздуха, внутри которого с необходимым зазором для прохождения воздуха был расположен тонкий стержневой центральный электрод диаметром 2 мм и длиной 20 мм. В ряде экспериментов стержневой электрод заменялся на игольчатый того же диаметра и длины. Нижняя коническая (игольчатая) часть этого электрода имела длину 8 мм. Ствол ЭГДУ состоял из участков труб, последовательно соединенных между собой резьбовыми муфтами для обеспечения возможности изменения длины ствола. Внутри каждого из трубчатых участков ствола с целью интенсификации процесса перемешивания иловой смеси устанавливались поперечные перегородки, представляющие собой сегменты круга. К центральному электроду и корпусу ЭГДУ подводился электрический потенциал от выпрямительного устройства.

В процессе экспериментов величина градиента скорости G в стволе ЭГДУ изменялась в пределах от 3,4·10³ до 8,5·10^{3 1}/с, а критерий Кэмпа – от 2,1·10³ до 6,5·10³. Газонасыщение иловой смеси составляло от 10 до 15 %.

Программа лабораторных исследований технологии активации возвратного ила предусматривала смешение иловой смеси с воздухом в стволе ЭГДУ с одновременным воздействием постоянного тока на иловоздушную смесь. Для сравнения исследовался процесс биологической очистки сточных вод в контрольном аэротенке с необработанным возвратным илом. Кроме того, в обоих аэротенках были проведены лабораторные эксперименты по оценке влияния регенерации ила на процессы биологического окисления примесей. При осуществлении первого и второго этапов исследований определялись следующие показатели исходных и очищенных сточных вод: ХПК, БПК₅, азот аммонийный, нитриты, нитраты, фосфаты.

Данные лабораторных исследований показали, что с увеличением интенсивности смешения возвратного ила с воздухом в ЭГДУ при числах Кэмпа до 6,5·10³ и удельного расхода электричества при электроактивации смеси до 2,5·10^-3 А·ч/м³ эффективность биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод непрерывно повышается (по БПК₅ с 74,4% до 92,5%, по ХПК с 57% до 85,4%, по ионам NH с 66,7% до 85,8%, по фосфатам с 62% до 91,1%).

Наиболее значимое снижение ХПК и БПК₅ в очищенной воде после пятичасовой аэрации с активированным в ЭГДУ возвратным илом наблюдалось при числах Кэмпа от 3,7·10³ до 5,0·10³ с одновременной электрообработкой иловоздушной смеси при удельных затратах электричества от 1,2·10^-3 до 2,5·10^-3 А·ч/м³ и катодной поляризации центрального стержневого электрода ЭГДУ. Плотность тока на катоде составляла при этом от 23 до 48 А/м². Использование центрального игольчатого электрода в ЭГДУ не приводило к увеличению окислительной способности обработанного ила.

Глубокое удаление органических примесей на стадии биологической очистки хозяйственно-бытовых стоков с активированным возвратным илом позволяет интенсифицировать процессы нитрификации в аэрационном бассейне. Эффективное удаление аммонийного азота (с 7,2 мг/л до 0,88 мг/л) и фосфатных соединений (с 10 мг/л до 0,7 мг/л) имела место при использовании активного ила, предварительно обработанного в ЭГДУ при Gt=5,0·10³, А_уд=1,2·10^-3 А·ч/м³ и катодной поляризации центрального стержня. Увеличение значений Gt до 6,5·10³ и А_уд до 2,5·10^-3 А·ч/м³ при обработке возвратного ила в ЭГДУ не приводило к существенному улучшению эффекта снятия ионов NH и РО в очищаемой воде.

На основе экспериментальных данных доказано, что регенерация возвратного активного ила при вышеуказанных параметрах его обработки в ЭГДУ приводит к незначительному улучшению эффективности снятия органических загрязнений, аммонийного азота и фосфатов в процессе биологической очистки сточных вод, поэтому использование ЭГДУ в аэротенках позволяет отказаться от регенераторов.

Литература:

1. Гришин, Б.М. Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием вихревых смесительных устройств / Б.М. Гришин. М.В. Бикунова, В.Г. Камбург, А.Н. Кошев //Региональная архитектура и строительство. – 2016. - №3(28). – С. 143-148.

2. Гришин, Б.М. Совершенствование работы сооружений биологической очистки сточных вод с использованием электрогидродинамических установок: монография/ Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев, М.В. Бикунова, Е.А. Титов, А.С. Кочергин. – Пенза: ПГУАС, 2013. – 128 с.

3. Гришин, Б.М. Совершенствование конструкций электрогидродинамических установок для обработки возвратного ила аэротенка / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, А.Н. Куленко // Современный научный вестник. – 2013. – Т.11. – №1. – с. 37-41.

4. Андреев, С.Ю. Новая технология интенсификации работы городских канализационных очистных сооружений с применением вихревых гидродинамических устройств / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, Н.Г. Вилкова, А.Н. Кошев, Н.Н. Ласьков // Водоочистка. – 2012. – 36. – С. 46-56.

5. Гришин, Б.М. Интенсификация очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием вихревых гидродинамических устройств: монография / Б.М. Гришин [и др.]. – Пенза: ПГУАС, 2008. – 116 с.

6. Гришин, Б.М. Совершенствование конструкций электрогидродинамических устройств, используемых для обработки возвратного активного ила аэротенков / Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев, М.В. Бикунова, В.С. Ишев // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2008. - №8. – С. 50-55.

7. Гришин, Б.М. Вихревые гидродинамические устройства для интенсификации работы городских КОС / Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев // Водоснабжение и санитарная техника. – 2007. – №6-1. – С. 44-47.

8. Гришин, Б.М. Обработка возвратного активного ила в вихревом электрогидродинамическом устройстве / Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев // Водоснабжение и санитарная техника. – 2006. - №3-1. – С. 33-36.