Введение
Глава 1 Анализ воздействия загрязняющих веществ на биомассу в процессе очистки стоков
1.1Литературный обзор в области использования биомассы для
очистки сточных вод на очистных сооружениях
1.1.1Микрофлора активного ила
1.1.2Биохимические процессы
Глава 2 Анализ работы очистных сооружений ПАО «Тольяттиазот»
2.1Основные технологические процессы и узлы очистных сооружений
2.1.1Сооружения биологической очистки
2.1.2Сооружения обеззараживания загрязненных (недостаточно
очищенных) стоков
Глава 3 Экспериментальная часть исследования: проведение
количественного химического анализа проб сточных вод
3.1Анализ загрязняющих веществ в стоках очистных сооружения
производственного объекта
3.1.1Определение в пробах сточных вод массовой концентрации
ионов аммония
3.1.2Определение в пробах сточных вод массовой концентрации
нитритов
3.1.3Определение в пробах сточных вод массовой концентрации
нитратов
3.1.4Определение в пробах сточных вод массовой концентрации
железа
3.1.5Определение в пробах сточных вод массовой концентрации
хлоридов
3.1.6Определение содержания взвешенных веществ и общего
содержания примесей
3.1.7Определение содержания сульфатов
3.1.8Определение содержания алюминия
Глава 4 Предложение возможности использования методов математического моделирования для прогнозирования качества очистки сточных вод на биологических очистных сооружениях
4.1Предложение применения математической модели
Список используемых источников
Приложение А
Одним из наиболее значимых антропогенных влияний на окружающую среду является увеличение производственных мощностей промышленных предприятий, в том числе химической промышленности. Промышленные источники загрязнения оказывают комплексное воздействие на компоненты природной среды, в том числе на гидросферу, что является причиной поиска более совершенного научно-технического решения существующих проблем. В частности, качество сбрасываемых сточных вод промышленных предприятий представляет острую научно-техническую проблему современности.
Так как вода является ценнейшим ресурсом для жизнедеятельности человека и производственной деятельности предприятий, непосредственное участие в охране водных ресурсов принимает существующее природоохранное и санитарное законодательство, которое является неотъемлемой частью таких процедур как нормирование и контроль качества сбросов сточных вод после очистки.
Естественные процессы самоочищения и самовосстановления природных водоемов справляются с привнесенными загрязнителями лишь на треть. Поэтому существует острая необходимость более детального и тщательного решения вопроса совершенствования очистных сооружений промышленных предприятий. Существует необходимость комплексного подхода к получению допустимых показателей качества очистки сточных вод промышленных предприятий, что указывает на актуальность выбранной темы.
Актуальность темы исследования:
1.Увеличивающаяся нагрузка на очистные сооружения ПАО «Тольяттиазот» загрязненными стоками.
2.Существуют сложности в регулировании качества стоков перед поступлением на биологическую очистку очистных сооружений.
3.Возрастающая комплексная эксплуатация очистных сооружений, включающая обезвреживание промышленных стоков и стоков от населения.
Проблемы исследования: возрастает нагрузка на очистные
сооружения ПАО «Тольяттиазот» и отсутствует возможность регулирования стоков перед их поступлением на биологическую очистку, что способствует недостаточно качественной очистке стоков и, как следствие, увеличение нагрузки на воды Саратовского водохранилища.
Объект исследования: процесс моделирования биологической
очистки сточных вод на очистных сооружениях ПАО «Тольяттиазот».
Предмет исследования: регулирование качество стоков перед поступлением на биологическую очистку очистных сооружений ПАО «Тольяттиазот».
Цель исследования: повышение качества очистки стоков на очистных сооружениях промышленного предприятия при использовании методов математического моделирования биологической очистки для возможности регулирования стоков.
Гипотеза исследования состоит в предположении возможности использования методов математического моделирования для
прогнозирования качества очистки сточных вод на биологических очистных сооружениях ПАО «Тольяттиазот».
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1.Провести анализ условий эффективной работы биологических очистных сооружений на примере очистных сооружений ПАО «Тольяттиазот».
2.Провести анализ биохимических процессов и существующих методов моделирования биологической очистки стоков.
3.Произвести количественный химический анализ проб сточных вод, поступающих на очистку и прошедших биологическую очистку.
4.Представить математическую модель биологической очистки стоков, поступающих очистные сооружения.
Теоретико-методологическую основу исследования составили научные труды отечественных и зарубежных ученых Б.О. Ботука, В.А. Вавилина, В.В. Варварова, Ю.В. Воронова, Ц.И. Роговской, О.В. Хорькиной, М. Хенце.
Методы исследований, применяемые в работе: аналитический, экспериментальный, математический и программный методы обработки данных.
Опытно - экспериментальная часть исследований проводилась на базе аккредитованной лаборатории Филиала ФБУЗ «Центра гигиены и эпидемиологии в Самарской области в г. Тольятти» и лаборатории ПАО «Тольяттиазот».
Научная новизна исследования состоит в применении методов математического моделирования в процессах регулирования качества стоков на этапе биологической очистки.
Теоретическая значимость исследования заключается в проведении детального анализа процессов очистки сточных вод на биологических сооружениях на основе математической модели, выявлении факторов обеспечивающих удовлетворительную работу очистных, в том числе воздействие приоритетных загрязняющих веществ на жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в процессе очистки стоков. Применение методов математического моделирования для возможности регулирования процессов очистки стоков.
Практическая значимость исследования заключается в предложении использования методов математического моделирования для
прогнозирования качества очистки стоков на биологических очистных сооружениях, с учетом полученных результатов экспериментальных исследований проб сточных вод и объемов поступающих на очистку стоков.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались точным соблюдением методик при проведении экспериментальных исследований и применении полученных данных в построении математической модели.
Личное участие автора в организации и проведении исследований состоит в поиске и анализе литературных источников, подготовке и проведении экспериментальных исследований количественного химического анализа проб сточных вод, отобранных до и после биологической очистки.
Предложение использования выбранного метода математического моделирования для возможности регулирования качества стоков, поступающих на очистные сооружения.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования, результаты представлены в виде публикации статьи на тему: «Математическое моделирование как возможность прогнозирования качества очистки стоков предприятий химической промышленности», в международном научно-практическом журнале «Форум молодых ученых» № 5 (45) 2020 г. Журнал размещен на сайте научной электронной библиотеки elibrary.ru.
На защиту выносится: предложение возможности использования методов математического моделирования для прогнозирования качества очистки стоков на биологических очистных сооружениях.
Структура магистерской диссертации обусловлена логичным и последовательным изложением результатов решения поставленных задач исследований. В структуру диссертации входят: четыре главы, заключение, список использованных источников, включающий 46 наименований, приложение. Общий объем работы составляет: 84 страниц машинописного текста, в том числе приложение на 7 страницах; 14 рисунков и 6 таблиц.
Работа системы биологических очистных сооружений основана на методах, главная задача которых заключаются в удалении из загрязненного стока растворенных минеральных, органических примесей и других составляющих, находящихся во взвешенном или коллоидном состояниях.
Сточные воды промышленных предприятий специфичны и имеют различный состав, в зависимости от специфики производства и используемого сырья в производственных процессах.
Процесс биологической очистки сточных вод основывается на ферментативных процессах, осуществляемых микроорганизмами, входящих в состав биоценоза активного ила. Комфортная жизнедеятельность биоценоза активного ила зависит от многих факторов, в том числе от концентрации поступающих на очистку стоков. Поэтому необходимо производить подготовку стоков перед направлением потока на биологическую очистку.
Проанализировав технологическую схему устройства очистных сооружений ПАО «Тольяттиазот» важно отметить нижеследующее: смешение потоков городской канализации со стоками, поступающими с производственной площадки промышленного объекта в приемной камере цеха биологической очистки является необходимым, так как поступающие на очистку сточные воды городской канализации требуют дополнительного разбавления перед попаданием в биорекатор на очистку. Приемная камера служит своего рода «усреднителем потоков». Это связано с тем, что для нормальной работы биологических очистных сооружений важно соблюдать определенные условия, которые как раз и обеспечиваются на стадии перед биологической очисткой в виде контроля условий реакции среды, регулирования температурных условий, регулирования концентрации загрязняющих, токсичных веществ, содержащихся в городских стоках путем разбавления потоком промышленных стоков и др. В ином случае (при очистке исключительно только городских стоков, в отсутствии такого «разбавления»), учитывая масштабность объекта, система работы очистных потребовала бы дополнительных затрат как ресурсно-сырьевых, так и значительных финансовых, на обеспечение подачи «дополнительной воды для разбавления» из альтернативных источников, возможно даже их поверхностных природных водоемов, что не характеризовало бы этот процесс как целесообразный.
В рамках постановки научного эксперимента проведен анализ поступающих на биологическую очистку смешанных стоков ПАО «Тольяттиазот». Проанализировано порядка 24 определяемых показателей загрязняющих веществ входящих в состав стоков. Исследования производились в лабораторных условиях Филиала ФБУЗ «Центра гигиены и эпидемиологии в Самарской области в г. Тольятти», по общепринятым методикам. Анализ проб сточных вод показал, что концентрации большинства загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах (поступающих на очистные сооружения), меняются в сторону уменьшения после прохождения системы биологических очистных сооружений, что говорит о том, что система биологических очистных сооружений работает эффективно в отношении большинства загрязняющих веществ. Однако наряду с уменьшением концентраций, выявлено и недостаточное снижение концентрации по меди, которое не удовлетворяет условия нормативных показателей для сброса в водный объект.
Проанализировав существующие методы математического
моделирования, была выбрана оптимальная применительно к системе работы очистных сооружений ПАО «Тольяттиазот». Подтвердились теоретические выводы о том, что жизненный цикл биоценоза (биохимические процессы «удаления» загрязнителей), с соответствующими стадиями роста, стабилизации и спада численности живых микроорганизмов, неразрывно связаны с уменьшением показателей концентраций загрязняющих веществ, находящихся в стоках.
Методы математического моделирования применимы при проведении технологических расчетов и оптимизации работы сооружений биологической очистки стоков. Частные фрагменты моделирования уточняются или проверяются экспериментальным путем, при обработке опытных данных с применением вычислительной техники.
Математическое моделирование применимо для осуществления работ по регулированию качества стоков поступающих на очистку, а также для проектирования, реконструкции очистных (или при работе на действующих очистных сооружениях), путем разработки алгоритма прогнозирования и анализа результативности работы системы в целом.
Для прогнозирования работы системы взаимодействия загрязняющих веществ, попадающих на очистные сооружения и микрофлоры очистных сооружений, необходимо применение методов математического моделирования.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
