Конструктивні особливості анаеробних біофільтрів

Abstract

Кваліфікаційна робота виконувалась впродовж 2019-2020 рр. на актуальну тему і присвячена вивченню біологічних особливостей анаеробних біофільтрів. Розділ І кваліфікаційної роботи присвячений аналізу джерел наукової літератури, у якому висвітлені показники якості анаеробних біофільтрів. У розділі ІІ наведена програма, методика та умови проведення наукових досліджень. Розділ ІІІ присвячений висвітленню питань продуктивності, агроекологічної, енергетичної та економічної оцінки ефективності використання анаеробних біофільтрів за варіантами досліду. Виявлено, що анаеробні методи очищення дозволяють значно скоротити затрати на експлуатацію установки, так як не потребуються затрати на аерацію середовища, значно знижуються затрати на утилізацію відпрацьованого активного мулу завдяки порівняно невеликій його кількості, знижуються витрати на обслуговування. В деяких випадках можливо отримати додатковий прибуток від використання утвореної на установці енергії. Використання анаеробних методів очищення є особливо ефективним для високих концентрацій забруднень у стічній воді, а також для великих об’ємів води, яка поступає на очищення, що характерно для промислових стоків. Установлено, що на ефективність очищення стічних вод у біофільтрах впливають біохімічні, масообміні, гідравлічні і конструктивні параметри. Серед них слід відмітити: БПК стічної води, що очищається, природу рганічних забруднень, швидкість окислювання, інтенсивність потоку мікроорганізмів, масу речовин, абсорбуючу плівку, товщину біоплівки, склад мікроорганізмів, що живуть у ній, інтенсивність аерації, площу і висоту біофільтра, характеристику завантаження (розмір шматків, пористість і питому поверхню), фізичні властивості стічної води, температуру процесу і гідравлічне навантаження, інтенсивність рециркуляції, рівномірність розподілу стічної води по перетину завантаження, ступінь змочування біоплівки. Проведене числове дослідження впливу температури, швидкості рідини, параметрів субстрату та біомаси на радіус відриву бульбашки біогазу на основі розв’язку математичної моделі утворення та відриву бульбашки біогазу на поверхні біоплівки в анаеробному біофільтрі з площинним завантаженням, що описує процес у нерухомому середовищі та при постійному введенні рідини у біофільтр висхідним потоком. Створена ком’ютерна модель анаеробного біофільтру. При навантаженні елементів виявилося, що умова стійкості та міцності виконується. Деформації конструктивних елементів в допустимих діапазонах.

Qualification work was performed during 2019-2020 on a topical issue and is devoted to the study of biological features of anaerobic biofilters. Section I of the qualification work is devoted to the analysis of sources of scientific literature, which highlights the quality of anaerobic biofilters. Section II presents the program, methods and conditions of scientific research. Section III is devoted to the issues of productivity, agroecological, energy and economic evaluation of the efficiency of anaerobic biofilters according to the experimental variants. It was found that anaerobic treatment methods can significantly reduce the cost of operating the plant, as it does not require the cost of aeration of the environment, significantly reduces the cost of disposal of spent activated sludge due to its relatively small amount, reduces maintenance costs. In some cases, it is possible to get additional income from the use of energy generated at the installation. The use of anaerobic treatment methods is particularly effective for high concentrations of contaminants in wastewater, as well as for large volumes of water entering the treatment, which is typical of industrial effluents. It is established that the efficiency of wastewater treatment in biofilters is influenced by biochemical, mass transfer, hydraulic and design parameters. Among them it should be noted: BOD of treated wastewater, the nature of organic contaminants, oxidation rate, flow rate of microorganisms, mass of substances, absorbent film, biofilm thickness, composition of microorganisms living in it, aeration intensity, area and height of biofilter characteristics (piece size, porosity and specific surface area), physical properties of wastewater, process temperature and hydraulic load, recirculation intensity, uniformity of wastewater distribution along the cross section of the load, the degree of wetting of the biofilm. A numerical study of the effect of temperature, fluid velocity, substrate and biomass parameters on the radius of biogas bubble separation based on the solution of the mathematical model of biogas bubble formation on the biofilm surface in a plane-loaded anaerobic biofilter describing the process in a stationary medium and with constant introduction fluid in the biofilter upstream. A computer model of an anaerobic biofilter has been created. When loading the elements, it turned out that the condition of stability and strength is met. Deformationsofstructuralelementsinadmissibleranges. From the calculations of the startup project it is obvious that the introduction of a new business idea has a positive effect on the development of biological treatment of industrial wastewater due to the fact that the cost of the finished device anaerobic biofilter.