Парциальная нитрификация аммонийного стока в мембранном реакторе

Стрельцов, Сергей Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Парциальная нитрификация аммонийного стока в мембранном реакторе
ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Парциальная нитрификация аммонийного стока в мембранном реакторе"

аочьив113 На нравах рукописи

СТРЕЛЬЦОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПАРЦИАЛЬНАЯ НИТРИФИКАЦИЯ АММОНИЙНОГО СТ ОКА В МЕМБРАННОМ РЕАКТОРЕ

03.01.06 - Биотехнология (в том числе бнопанотехнологнн)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 СЕН 2010

Щелково-2010

004608113

На правах рукописи

СТРЕЛЬЦОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПАРЦИАЛЬНАЯ НИТРИФИКАЦИЯ АММОНИЙНОГО СТОКА В МЕМБРАННОМ РЕАКТОРЕ

03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехиодогаи)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Щелково-2010

Работа выполнена по Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте биологической промышленности РАСХН и Московской академии коммунального хозяйства и строительства

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Денисов Аркадий Алексеевич Заслуженный деятель науки РФ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Дадасян Артур Яшарович

доктор технических наук, профессор Ксенофонтов Ворис Семенович Ведущая организация: Московский государственный университет

; «'-инженерной экологии

Защита состоится 24 сентября 20Юг в 10 часов на заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук Д 006.069.01 во Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте биологической промышленности по адресу: 141142, Московская область, Щелковский район, и/о Кашинцево, ВНИТИБП, Е-т;и 1: V» 111Ьр@п цй 1.ги.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности

Автореферат разослан 23 августа 20 !0г. Ученый секретарь диссертационное------------

кандидат биологических наук

Фролов Ю.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

В настоящее время одну из основных загрязняющих субстанций окружающей среды образует азот и его соединения. Азотные загрязнения среды являются результатом чрезмерною сброса человеком примесей производных азота в атмосферу, открытые и подземные природные водные источники.

Охрана окружающей среды требует разработки прогрессивных технико-технологических мероприятий, нацеленных на защиту водных и почвенных объектов от азотсодержащих загрязнений стоков предприятий и городов. Решение этой задачи требует увеличения производительности биорсакторов, снижения стоимости и продолжительности природоохранных мероприятий, интенсификации процессов биологического окисления аммония и сокращения затрат на реализацию технологических процессов каждого этапа очистки.

В настоящее время большое внимание привлекают новые методы удаления азотных загрязнений из стоков предприятий и населенных пунктов, в частности, такие как применение погружных фильтрующих мембран и организация в аэротенках парциальной нитрификации с помощью соответствующих родов микроорганизмов.

Существенный вклад в развитие методов парциальной питрификуцгш аммонийного стока внесли: C.B. Яковлев, И.В. Репин, В.И. Баженов, Т.А. Карюхина, И.М. Чурбаиова, A.A. Денисов, И.И. Павлинова и другие.

Выполненные к настоящему времени работы показали, что парциальная нитрификация является наивыгоднейшим методом обработки азотосодержащих сточных вод, т.к. позволяет снизить затраты энергии на аэрацию, ускоряет процесс дснигрификации, уменьшает количество избыточного активного ила и исключает токсическое действие ингредиентов на микроорганизмы. Процесс сопровождается аккумулированием большого количества нитритов на начальном этапе, которые в дальнейшем практически исключают

ингибировапие микроорганизмов, участвующих в процессе биологической обработки. Однако необходимо отмстить, что управление процессами парциальной нитрификации представляет собой значительные трудности, сели не Припять научно-обоснованных мер но поддержанию стабильной нитритной микрофлоры в течение длительного периода времени.

Цели и задачи исследований

Целыо настоящей работы являлась разработка и оптимизация технологических режимов мембранного биореактора, функционирующего на режиме парциальной нитрификации аммонийного стока.

. При выполнении работы были поставлены следующие задачи: ....... т изучить характеристики кольматации активно-иловой смеси и реологии

активного ила аэрационных сооружений, оборудованных погружными фильтрациониымн мембранами;

- изучить зависимость между различными параметрами кольматациии и взаимодействие между гидродинам и кой и флоккуляцией взвешенных частиц;

- исследовать влияние аэрации подно-иловой смеси на процессы фильтрации и степень очистки сточной воды в биолог ическом реакторе;

- исследовать гидродинамические характеристики и разработать конструктивные параметры и эксплуатационные режимы погружного мембранного модуля;

исследовать механизм протекания парциальной нитрификации аммонийного стока в мембранном реакторе;

определить влияние концентрации растворенного кислорода, гидравлического времени пребывания водно-иловой смеси и ее температуры на параметры процессов парциальной нитрификации;

- провести моделирование процессов парциальной нитрификации и проверить сходимость расчетных и экспериментальных данных;

- определить оптимальные режимы парциальной нитрификации в реакторе мембранного типа.

Научна» новизна

Исследованы физико-химические характеристики процессов кольматации активно-иловой смеси в реакторах с погружными мембранными пластинами. Установлены факторы, влияющие на фильтрационную способность мембран и эффективность работы мембранного реактора, функционирующего на режиме парциальной нитрификации.

Определено влияние на кольматацию процессов флоккулирования активного ила, аэрации и степени рециркуляции водно-иловой смеси.

Определен критерий влияния микроорганизмов на коэффициент массопереноса вещества в реакторе, зависящий от площади поверхности раздела фаз, коэффициента массопсредачи кислорода, состава биоценоза и физиологическою состояния микроорганизмов.

Установлено распределение биомассы, иммобилизованной на твердых поверхностях реактора с погружными фильтрующими мембранами, и возможность формирования на них анокеических зон, способствующих дснитрификации, отрыву пленки и снижению фильтрующей способности мембранного модуля.

Установлено, что наиболее эффективными факторами управления процессами мембранного реактора являются: концентрация растворенного кислорода, гидравлическое время пребывания биологической смеси и температура окружающей среды.

Разработана математическая модель процессов кольматации мембран реактора, работающего на режиме парциальной нитрификации, и показана адекватность модельных и экспериментальных данных, полученных в процессе испытаний.

Проведен широкий спектр расчстно-эксисримситальпых исследований процессов парциальной нитрификации аммонийного стока в мембранном реакторе.

Установлено влияние на процесс нитрификации физических факторов (концентрации растворенного кислорода, рН, концентрации продуктов

окисления, содержание органических составляющих, возраста активного ила и размеров флоккул). Изучена микробиология процессов нитрификации, характеристики нитрифицирующих штаммов и факторы, влияющие на рост и активность нитрифицирующих бактерий.

'■■•■■ Разработана конфигурация биологических процессов, в том числе факторы и условия аккумуляции N02" в процессе нитрификации, влияние штаммов микроорганизмов, концентрации ЫН3 и азотистой кислоты, рИ, температуры растворенного кислорода, времени гидравлического пребывания и возраста активного ила.

Создана математическая модель биологических процессов парциальной нитрификации в биореакторах с фильтрующими мембранами и проведено сравнение модельных и экспериментальных данных, показавшее высокую степень их сходимости, что свидетельствует о надежности разработанной модели и возможности ее использования в практике создания перспективных систем биологической очистки.

Практическая ценность

Полученные результаты и выводы базируются па материалах теоретических, модельных и натурных исследований биологических систем обработки концентрированных азотосодержащих жидких отходов и позволяют с высокой степенью надежности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих систем очистки сточных вод.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы доложены на Международном конгрессе-"Вода: экология и технология — Экватск». Москва, июнь, 2010; Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и 'водоо>гведение,: мегаполиса» Москва, 12-13 марта 2009; Международной конференции «Научные основы производства ветеринарных биологических

препаратов» 9-11 декабря 2009 г, Международной конференции «Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов» посвященной 40-лстшо ВНИТИБП. Щелково, 2009; Международной конференции «Качество воздуха и окружающей среды», 17-21 мая 2010, Самарканд; IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем», май 2010, Пенза.

Структура и объем диссертации;

Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 17 таблиц и 3 приложения. Библиография включает 147 наименований, из которых 93 на иностранных языках.

Содержание работы

Обзор литературы, посвященный анализу современного состояния вопроса по теме работы, приведен в главе 1. Анализ имеющейся информации но рассматриваемой проблеме показал, что парциальная нитрификация по нитритной схеме основывается на управлении и селективном выборе переменных, благоприятствующих аккумулированию нитритов:

- управление типом аэрации (постоянная или прерывистая) и се интенсивностью;

- управление временем гидравлического пребывания водно-иловой смеси;

- комбинирование и сочетание процесса парциальной нитрификации по нитритной схеме и процесса аноксичсского окисления аммония;

- использование штаммов родов МИгохотопа.ч и ЫИгоЬас1ег;

- реализация АЫОММАХ-ироцесса в условиях дефицита растворенного кислорода.

Применение этих технологических операций позволяет удалять азотные загрязнения ускоренным путем. Тем не менее, поддержание достаточного количества микроорганизмов в функционирующей системе в течение

продолжительного времени остается решающим фактором для внедрения парциальной технологии в современной биологической промышленности.

Несмотря па имеющиеся к настоящему времени отдельные научно-исследоватсльскис разработки но рассматриваемой проблеме, методы парциальной нитрификации сточных вод, загрязненных азотными соединениями, еще не нашли широкого и всестороннего применения в практике охраны природной среды. Это объясняется тем, что имеющаяся информационная база по указанной проблеме не дает научно-обоснованных практических рекомендаций по аппаратурио-технологическому оформлению и управлению процессами парциальной нитрификации загрязненных стоков в промышленных условиях.

В главе 2 приведено описание объектов исследования, применяемых материалов, методов исследований и способов обработки их результатов.

Программа исследований была реализована с использованием модельных (пилотных) и натурных реакторов с погружными мембранами. Реакторы засевался активным илом из музейного штамма ВНИТИБП и разбавлялся сточными водами, отобранными из очистных сооружений АПК и городских сооружений биологической очистки сточных вод.

В процессе выполнения работы определялись характеристики мембранного модуля, операционные условия и режимы управления кольматацией. При исследовании физико-химических характеристик процессов фильтрации определялось газовое удержание в биологической среде, процессы респирации, концентрация биомассы и размер флоккул, влияние биологической среды на мембранные системы в целом. При исследовании биологических процессов испытывались управляющие режимные факторы (растворенный кислород, гидравлическое время пребывания и температура) и определялось их воздействие на характеристики мембранного реактора. В заключение работы выполнялось моделирование характеристик биологических процессов парциальной нитрификации, сравнение расчетных и экспериментальных

данных и определялась их сходимость для подтверждения надежности разработанных моделей.

Результаты измерений обрабатывались с помощью традиционных статистических методов оценки закономерностей распределения показателей очистки и определения их среднестатистических значении.

Полученные экспериментальные данные апрокспмировались аналитическими зависимостями, позволяющими установить основные закономерности протекания исследуемых процессов.

В главе 3 приведены результаты изучения физико-химических характеристик процессов фильтрации водно-иловой смеси на мембранных пластинах.

Исследование характер и ста к фильтрации производилось па реакторах с погружными мембранами, как наиболее распространенными на практике по сравнению с мембранами во внешнем рециркуляционном контуре.

Граница между условиями кольматации зависит от соотношения между расходом аэрации и расходом проницающего потока (рис. 1). Предпочтительнее работать в зоне повышенных величин этого отношения, т.к. в этих условиях аккумулирование осадка па мембранах полностью исключено.

В соответствии с рсспиромегричсскими измерениями динамика переноса кислорода в присутствии микроорганизмов при подаче и отсутствии подачи воздуха будет выглядеть гак, как это показано на рис. 2.

Результаты респиромстрическнх исследований при отсутствии аэрации в течение всего времени функционирования реактора показывают, что профиль снижения концентрации кислорода может быть описан системой дифференциальных уравнений второго порядка:

д2С„ ВСт ОС,

г--»+---=. =-'---г., (1)

д1} д! д! "' 4

г!г=с,Ь (2)

где: Ст - измеренная концентрация растворенного кислорода, мг02/л, С|, - концентрация в жидкости, мгСЬ/л,

Ь - экспоненциальный коэффициент респирации микроорганизмов, 1/с, Т1. - отклик зонда, I- время, с,

¡СЬ - коэффициент респирации микроорганизмов.

Подставляя (2) в зависимость (1) и решая дифференциальное уравнение, получим аналитическую зависимость (3), которая с помощью концентрации кислорода (Сю) в начале фазы отсутствия аэрации среды, представляется в

С,„ Ь.т-1 где:

Сщ — начальная концентрация растворенного кислорода в среде, мгОг/л.

виде:

(3)

Рис. 1. Зависимость отношения между расходом аэрации и расходом проницающего потока Оа/вс от концентрации взвешенных веществ X

ОаЛЗс!= -0.0024.Х3 + 0,232.^2 - 0.84.Х М 8.801

Есть осадок

2 4 6 8

Концентрация X, мг/л

Рис. 2. Динамика переноса растворенного кислорода в присутствии микроорганизмов

100 п

о; з:

I 5 .в о

80 Н1

ч:

Ю О

х а

п О X £

с 1 и

60 -

20 -

С,

Нет подач и

воздуха 1

200

Есть подач .........»'-►

400 6р0 Время, с

юздуха

800 1000

Установлено, что предложенная модель идеально совпадает с экспериментальными данными но растворенному кислороду в течение всего процесса, т.е. с достаточной точностью описывает изучаемое явление.

В биологической системе величина концентрации растворенного кислорода, измеренная в фазе реаэрации, представляет собой разницу между количеством кислорода, введенного в систему и потребленного на респирацию бактериями. Следовательно, реальная мощность реактора по массопереносу вещества в системе является алгебраической суммой величин, которые характеризуют эти два явления, описываемые зависимостью (2).

Эксперимент с аэрированием, выполненным на 421 сутки з реакторе, показывает изменение относительной концентрации растворенного кислорода в период реаэрации среды. Начало фазы рсаэрации начинается немедленно после

того, когда этап предварительной дезаэрации достигает относительно низкого уровня концентрации кислорода (примерно 0,7 míOj/ji). В процессе этой фазы расход рециркулируемой среды (Qi) поддерживался на уровне 0,3 м3/ч (поверхностная скорость соответствовала U| = 0,0056 м/с), расход газа (Q¡.J составлял 0,7 нм3/ч (поверхностная скорость газа Ug = 0,01 м/с). Динамика концентрации растворенного кислорода, представленная на этом рисунке, была смоделирована интегрированием дифференциального уравнения второго порядка:

'' д/2 Si l l, ' L Ot '",) i, di '") v

Эта уравнение учитывает константу зонда (ti.) и скорость респирации микроорганизмов (1 и 2).

Аналитическое выражение полученного решения представлено зависимостью (5), в которой концентрация насыщения кислородом (С,*) и постоянная С0 определяют концентрацию кислорода в среде, измеренную в момент запуска фазы рсаэрации:

с:

к, а к, а -т b

г,.« + />)- I

-A+ +

г ,(kLa + b)-\](kLa + b)

(5)

Сравнение между модельной и экспериментальной кривыми свидетельствует, что предложенная модель хорошо имитирует экспериментально исследованное явление. Величина остаточной ошибки модели имеет значение примерно 6,92.10"5. Вели чина коэффициента массонерсноса вещества к;а, определенная графически, составляет 0,023 1/с.

Соответствие между моделью и экспериментальными данными, зарегистрированными между двумя последовательными промывками, показывает, что совокупность экспериментальных точек располагается с доверительным интервалом ± 3% по отношению к биссектрисе. Такое

распределение точек но длине оси и в относительно узком интервале свидетельствует об адекватности предложенной модели.

Полученные результаты показывают, что мембранные процессы создают физический барьер по отношению к биомассе, содержащейся в биорсакторе. Низкая производительность мембран при их прогрессивной кольматации сопровождается увеличением трансмсмбранного давления, что приводи! к необходимости создания модели, прогнозирующей данный процесс.

Глава 4 посвящена исследованию биологических процессов парциальной нитрификации в биорсакторе мембранного типа.

Предлагаемая для обработки высоко концентрированных сточных вод технологическая схема окисления аммония (аммонийного азота) включает на 2-м этане реализацию окисления с помощью особых автотрофных бактерий (А1ЧАММОХ-процссс). При этом на 1-м этапе осуществляется частичная (укороченная) нитрификация для получения большого количества нитритов, необходимых для реализации 2-го этапа.

Особенность АЫАММОХ-процссса состоите том, что он характеризуется крайне низкой скоростью роста бактерий, что приводит к малому количеству избыточного активного ила, Это требует принятия мер по удержанию АЫДММОХ-бактерий путем их отделения от жидкой части водно-иловой смсси. Поэтому для получения высокой концентрации биомассы, осуществляющей процесс нитрификации в короткое время, необходимо включить в технологическую схему отделители твердой фазы (биомассы активного ила) от жидкой фракции на выходе из АЬ'АМ МОХ-биореактора. С этой точки зрения перспективным представляется использование фильтрующих мембран, которые могут реализовать сепарацию водно-иловой смсси с наименьшими энергозатратами.

Упрощенная диаграмма реакционных процессов комплексного цикла усвоения азота микроорганизмами активного ила в. реакторах с парциальной нитрификацией приведена на рис. 3 .

с=>

75% 02 25% 02

100% Углерода

Рис. 3. Диаграмма комбинированных реакционных процессов (парциальной нитрификации по нитритной схеме + АЫОММАХ-процесса)

В процессе исследования оптимизации парциальной ни трификации на ее первой (нитритной) стадии были определены операционные переменные, обеспечивающие управление процессом.

Растворенный кислород РК является наиболее важной переменной, обеспечивающей реализацию всего комбинированного процесса, т.к. для осуществления 2-го процесса (АЫАММОХ-процссса) необходим значи тельный прирост нитрифицирующих бактерий на 1-м (аэробном) этапе обработки.

Продолжительность парциальной нитрификации зависит от начальной концентрации аммонийного азота и биологической активности бактериальной микрофлоры, функционирующей в реакторе.

Процессе одного полного цикла концентрация нитритов на этане парциальной нитрификации (рис. 4) проходит через максимум примерно через 1-2-1,4 часа, тогда как концентрация нитратов увеличивается постоянно. Для того, чтобы постоянно иметь большую концентрацию нитритов в реакторе необходимо поддерживать концентрацию аммония (ЫН^1) в диапазоне 4,0 — 6,0 мг/л. Когда концентрация аммония (N1]/) снижается и достигает

минимального порога, субстрат становится ограниченным для питания нигритных бактерий и их концентрация уменьшается.

Степени нитрификации и концентраций растворенного кислорода от времени протекания процесса в ходе длительных испытаний (рис. 5) определялась как процент нитрифицированного аммонийного азота (концентрации нитритов и нитратов) по отношению к концентрации ачота, поступающего в процесс. Степень накопления нитритов возрастает постоянно от 3 до 92% при регулярном снижении уровня растворенного кислорода. При высокой концентрации кислорода концентрация нитритов низкая и окислы азота представлены в форме нитратов. Можно сказать, что в достаточно аэрируемой среде нитратные микроорганизмы более конкурентоспособны, чем нитритные при достаточной аммиачной нагрузке. Однако, когда снижение

Рис. 4. Зависимость концентраций аммония, нитритов и нитратов от времени протекания парциальной нитрификации

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Время цикла, ч

■ N-N1-14+ • N-N02 А N-N03!

концентрации растворенного кислорода становится значительным и достигает 2 мгСУл, степень накопления нитритов (N-N0/) увеличивается до 92% от общих образовавшихся окислов азота. Это указывает на значимость активизации нитритных штаммов по отношению к нитратным.

Рис. 5. Зависимость степени нитрификации и концентрации растворенного кислорода от времени протекания процесса

-г 100

О г

зг ■а О г: 2 л

с ф

1-О

<0° ^ ^ ^ ^ Время длительных испытаний, сут

-02, мг/л-А-Степень Ы-ЫОЖ-КОХ, %\

Исследование показало, что при парциальной нитрификации основным регулирующим фактором, обеспечивающим оптимальное управление технологическим процессом, является регулирование концентрации растворенного кислорода в реакторе.

Влияние времени гидравлического пребывания (Тп|) на накопление нитритов было исследовано при последовательном уменьшении этого переменного с 12,5 до 6 часов. Температура в пилотной установке (Т) и

концентрация растворенного кислорода (РК) оставались постоянными: Т = 30 "С, РК — 7,6 мгСЬ/л. Средняя концентрация аммония в растворе, поступающем в пилотную установку, была зафиксирована как 200 мл(Ы-ЬШ4')/л.

Изменение степени конверсии аммония (ТСА) и накопленных нитритов в зависимости от времени гидравлического пребывания представлено на гистограмме (рис. 6). Этот график дает возможность установить, что при изменении времени гидравлического пребывания с 12,5 до 6 часов величина степени конверсии аммония снижается незначительно с 100 до 95%, в то время как степень накопления нитритов растет с 0,1 до 20%.

Рис. 6. Зависимость степени конверсии аммония Ы-ЫН4+ (ТСА) и накопленных нитритов от гидравлического времени пребывания (Тгп)

100 80-1 60 40200

Д ,

< •

'л-

га ы-1М02/1\т0х: а тса

ДД^'

7,5 10 Тгп, ч

12,5

Действие температуры на парциальную нитрификацию было изучено при изменении температуры в диапазоне 20-35 "С. Растворенный кислород (РК) и время гидравлического пребывания (Трп) поддерживались на постоянном уровне 7,6 мг02/л и 7,5 часа соответственно. Количество накопленных

N - ыо: . ,

интригой выражалось сгенсныо ———-- (нитритная фракция, отнесенная к

количеству окислов азота). Влияние температуры на парциальную нитрификацию представлено на рис. 7,

Рис. 7. Зависимость накопления нитритов (N-N02) и концентрации фракции свободного аммиака (Ы-ЫНз) от температуры среды Время гидравлического пребывания (ТГп) 7,5 часа, Концентрация растворенного кислорода РК 7,5 мг/л.

35 д. ^

30 II |

25 £ I -

20. ш «8 £ э о 5 15 | 8 |

1П я

20 22 25 30 33 Температура, °С

- Ы-Ы02/Ы-Ы0х, %

- ФСА N-N43, мг/л I

Когда температура среды равнялась 20 "С, накопление нитритов было практически нулевым, т.к. они полностью окислялись в нитраты. В условиях повышения температуры с 25 до 30 °С накопление нитритов увеличивалось до |7-2)%. При темпера туре 35 °С накопление нитритов становилось незначительным (около 1%).

Результаты работы показали, ч то концентрация этого субстрата более 30 мг(Ы-ЫПз)/л вызывает ингибирование формирования нитритов вследствие действия токсичности свободного аммония на нитритные микроорганизмы.

Идентификация микроорганизмов активного ила, выполненная при исследовании процессов парциальной нитрификации, показала, что доминирующими родами микроорганизмов при реализации процесса парциальной нитрификации являются №¡гохопюпач и М1гоЬас1сг.

Экспериментальные исследования биологических процессов удаления азотных загрязнений из сточных вод показали, что основным регулирующим фактором, обеспечивающим оптимальное управление технологическим процессом парциальной нитрификации, является регулирование концентрации рас творенного кислорода в реакторе.

При повышенных значениях времени гидравлического пребывания для накопление нитритов данные показывают, что при повышенных значениях аэрации в биорсакторс, накопление нитритов хотя и слабое, по, тем не менее, возможное при уменьшении времени гидравлического пребывания.

Влияние температуры на накопление нитритов определяется изменением концентрации свободного аммиака в обрабатываемой среде, т.к. фракция свободного аммиака является функцией температуры. Высокие значения концентрации свободного аммиака способны полностью ингибиропать процесс окисления аммония и блокировать общий процесс нитрификации.

В главе 5 приведены результаты моделирования характеристик биологических процессов парциальной нитрификации.

Для моделирования кинетики парциальной нитрификации были использованы биологические модели, имитирующие два этапа нитрификации: нитритиый и нитратный. Эти модели описывают процессы, связанные с ростом и отмиранием видов N¡11-0x01110110.4 и М1гоЬас1ег, как доминирующих штаммов культур в реакторе. Аналитические зависимости, описывающие эти процессы, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Аналитические зависимости, используемые для моделирования биологических процессов в биорсакторс

№ Сценарий Зависимость

1 Рост Nitrosomonas .. 0<г - [' N-Ml, V ^ ]у

2 Отмирание Nitrosomonas h = 0ir"20) r >

3 Рост ' Nitrobacte и = в'""' t'um Ntt ^mil Г iV-iVOz Y Oj Y l-N-Ш, 1 {Km<-N- NO, A + О, Д K„ +~N - N/I, J m

4 Отмирание Nitrobacte b = m j

где

UmaxNs. f'maxN.s ' максимальные скорости роста нитратных (Nitrosomonas) и нитратных (Nitrobacte) бактерий, !/сут,

btsjs, bNs, - CKopociи отмирания Nitrosomonas и Nitrobacter, 1 /су г, fyiNs, 0,,\(ii - коэффициенты влияния температуры на скорость роста Nitrosomonas и Niirubacler,

0i,ns, ObNis - коэффициенты влияния температуры на скорость отмирания Nitrosomonas и Nitrobacter,

K.02NN, Ko2nb - константы сродства родов Nitrosomonas и Nitrobacter по кислороду, miOj/ji,

K.ju - константа сродства Nitrobacter по ни тритам N-N02, мг/л, KN.s - конс тан та сродства NUrosomonas по аммиаку N-NHj, мг/л, K|NS - константа ингибирования нитратных штаммов (Nitrobacter) свободным аммиаком NH3, miN/л.

Для расчетных 'зависимостей, представленных в табл. 3 - табл.5.3, были приняты допущения, основанные на гипотезах, связанных со скоростями роста и отмирания нитритных (ИНго.чатопав) и нитратных (ЫИгоЬж/ег) штаммов бактерий:

- исключен учет аноксических явлений, т.к. аэробный реактор практически полностью аэрируется;

- исключено ингибирование роста нитритных и нитратных штаммов рН-фактором, т.к. он поддерживается постоянным (рН = 8,2);

- концентрация растворенного диоксида углерода в среде незначительна по сравнению с бикарбонатами (ССЬводаып = 0,089.10"5 моль/л); НСОГ = 6,31,10"5 моль/л);

- предельная концентрация фосфора является пренебрежимо малой по сравнению с концентрацией фосфора, растворенного в нптритной среде (Р04|ы,е = 5.10"3 мгР/л; Р04 = 2 мгР/л.

Величины стехиометрических и кинетических параметров, использованных при моделировании, приведены в табл. 2, 3.

Таблица 2

Величины стехиометрических параметров, использованных при оделнровании

Параметры Значения Размерность

0,5 мгХ^ образ/м гЫо кислен

0,6 мгХ^в образ/мгЫокислсн

Гп N8 0,052 мгХмв/мг биомассы

ГпЫВ 0,063 мгХмц/мг биомассы

Таблица 3

Величины кинетических параметров, использованных при моделировании

Параметры Значения Размерность

MiraxNS 0,21 1/сут

PnmNii 0,14 1/сут

OjiNS 1,033 —

СцМ 1,033 —

OliNS 1,011 —

1,014 —

bNS 0,04 1/сут

b^ii 0,1 1/сут

Kns K-N» 2,9 mtN/JI

1,8 MTN/Л

K|NII 92 mtN/л

K.02NS 0,7 miOJ/JI

Ko2N» 2,6 MiO/л

PimxNS 0,24 1/сут

Концентрации иитритных (XnS) и нитратных (Xnb) штаммов на начальном этапе составляли XNS(l=o) = 10 мг/л и Xnb(vo) = I мг/л.

Данные, приведенные на рис. 8, дают информацию по изменению скорости потребления кислорода и концентрации микроорганизмов в случае расхода промывки равной 0,5.10~3 м3/сут и возрасте активного ила 13 сут. Когда оба нитрифицирующих штамма достигают плато постоянных концентраций роста, значение скорост и потребления кислорода увеличивается до 57 мгОг/л.ч.

Изменение скорости конверсии аммонийного азота в зависимости от времени протекании процесса по результатам моделирования и экспериментальных данных приведено на рис. 9.

Рис. 8. Зависимость накопленной биомассы ЫИговотопаз (Хцз), Л//frobacfer (Хыв) и скорости потребления кислорода (гОг) от времени на хемостатном режиме функционирования биореактора Расход промывки 0,5,10'3 м3/еут,

вазраст активного ила -13 сут.

0 20 50 80 110 140 180 300 Время, сут

ХЫЭ -»-ХШ ~а-ХЫ5+Х!МВ

•Ю2 I

Изменение скорости конверсии аммонийного азота в зависимости от времени протекания процесса хорошо согласовываются с экспериментальными данными {коэффициент корреляции г~- 0,95), что свидетельствует об их удовлетворительной корреляции и надежности разработанных моделей, описывающих процессы парциальной нитрификации.

Таким образом, в результате выполнения работы получены математические модели процессов парциальной нитрификации аммонийных стоков в реакторах мембранного тина, позволяющие прогнозировать характеристики этих систем биологической очистки.

Полученные материалы могут быть использованы в практике разработки и создания эффективных систем обработки сточных вод, сильно загрязненных азотными соединениями.

ВЫВОД ы

1. Разработаны и оптимизированы технологические режимы мембранного реаетора, функционирующего в режиме парциальной нитрификации азотоеодержащпх городских сточных вод и стоков предприя тий АПК.

2. Разработана оптимальная конфигурация биологических процессов в реакторе мембранного типа и определено влияние на условия аккумуляции нитритов в процессе парциальной нитрификации, рН-фактора, температуры, концентрации растворенного кислорода, времени гидравлического пребывания и возраста активного ила.

3. В процессе исследования оптимизации процессов парциальной нитрификации и бнорсакторе из всех операционных переменных были выделены как наиболее приемлемые управляющие факторы: растворенный кислород, гидравлическое время пребывания и температура среды.

4. Установлено, что при снижении концентраций растворенного кислорода менее 4 мг/л концентрации нитритов (N-N02") существенно увеличивались (от 3 до 92%), в то время как концентрации нитратов (N-N0.0 непрерывно снижались.

5. Определено, что при повышенных значениях времени гидравлического пребывания накопление нитритов весьма незначительно, что свидетельствует о более продолжительном конвертировании нитритов в нитраты.

6. Испытания показали, что максимальное накопление нитритов имеет место при высокой аммонийной нагрузке и минимальной концентрации свободного аммония (менее 2-3 мг/л).

7. Моделирование биологических процессов мембранного реактора, реализующего процессы парциальной нитрификации, выполненное на основе анализа балансов гидравлических потоков и компонентов среды, позволяет имитировать последовательные этапы нитригной и нитратной нитрификации, которые являются двумя процессами полной биологической очистки сточных вод.

8. Установлено, что газовое удержание линейно увеличивается с ростом поверхностной скорости газа как в присутствии, так и при отсутствии биомассы в биологической системе, при этом газовое удержание в присутствии микроорганизмов более высокое, чем в чистой воде (в чистой воде ниже 5%, в присутствии биомассы более 6,5%).

9. Определены физико-химические характеристики процессов в мембранных реакторах и разработаны математические модели гидродинамических и аэродинамических процессов, влияющих на кольматацию фильтрующих мембран.

10. Установлено, что интенсивность процессов кольматации мембран возрастает при уменьшении возраста активного ила - при возрасте активного ила 60, 40 и 20 сут. кольматапия взвешенных веществ составляет 21, 30 и 39%, соответственно.

11. Установлено, что интенсивность кольматации снижается при увеличении концентрации взвешенных веществ, что объясняется способностью веществ, находящихся во взвешенном состоянии, формировать защит ный слой на поверхности мембраны, который позволяет ограничивать поступление взвешенных кольматирующих веществ (при концентрациях взвешенных веществ 2, 3 и 5 г/л трансмембранное давление составляет 325; 196; и 92 Па/ч. соответственно).

12. Сопоставление результатов теоретической модели с экспериментальными результатами показывает, что расчетные данные хорошо сходятся с экспериментальными значениями (коэффициент корреляции составляет г = 0,92-0,96), что свидетельствует о надежности разработанной

модели и возможности се использования в практике проектирования очистных сооружений.

Предложения для практики.

На основании проведенных исследований разработаны: «Методические рекомендации по определению влияния фильтрационных условий на результаты очистки сточных вод в биологическом реакторе с погружными мембранами» (Утв. 29 октября 2009 г Росеельхозакадемисй); «Методические рекомендации по оптимизации модели парциальной нитрификации аммонийного азота процессов аэробной биологической очистки» (Утв. 01 июля 2010 г Росссльхо ¡академией);

Результаты и материалы вынолненнной работы использованы ОАО «МосводоканалНИИпроект» при разработке проектов «Экспериментальный блок комплексной : очистки Курьяновских очистных сооружений со строи тельством дополни тельного блока биологической очистки с удалением биогенных элементов» и «Сооружений механической и биологической очистки Любсрстских очпетиыхз сооружений с удалением биогенных элементов (1-3 очереди) с цслыо повышения парциальной нитрификации сточных вол» с предполагаемым годовым экономическим эффектом 560 млн. руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Денисов A.A., Стрельцов С. А. Парциальная нитрификация аммонийного стока в мембранном реакторе. Экология и промышленность России. 2010, №5, с. 34-37.

2. Денисов A.A., Стрельцов С.А. Влияние технологических режимов функционирования биорсактора на кольматацию фильтрующих погружных пластин. Достижение науки и техники АПК. 2010, № 6, с. 70-72,

3. Даннеко Ф.А., Мухин В.А., Эль A.M., Стрельцов С-.А. Совершенствование процеживающего оборудования для очистки сточных вод. Водоснабжение и санитарная техника, 2008, №10, с.39.

4. Храмснкои C.B., Пахомов А.H., Богомолов M.В., Данилович Д.А., Козлов М.Н., Белов H.A., Кастюченко C.B., Волков C.B., Жуков В.И., Стрельцов С.А. Разработка и внедрение спечем УФ-обсззаражишшия сточных вод г. Москвы, 2008, №4, с.39.

5. Храмснкои C.B., Данилович Д.А., Козлов М.Н., Стрельцов С.А., Белов H.A., Мойжсс О.В., Вайсфсльд Б.А., Исаев О.Н. Повышение качества очищенных сточных вод на Курьяновских и Люберецких очистных сооружениях. Водоснабжение и санитарная техника. - 2006. - №! 1, - Ч. 1. - С. 24-30.

6. Пахомов А.Н., Богомолов М.В., Данилович Д А., Козлов М.Н., Дайнско Ф.А., Белов H.A., Стрельцов С.А. Опыт создания и эксплуатации крупнейших в мире сооружений обеззараживания очищенных сточных вод в г. Москве. Сборник статей и публикаций московского водоканала. Выпуск 1 Москва, 2008г., C120-131.

7. Стрельцов A.C., Хамнров М.Г. Альтернативная энергетика. Международный конгресс "Вода: экология и технология" Экватек. Москва, июнь, 2010.

8. Стрельцов A.C., Королева М.В., Крупскнй A.C. Влияние условий работы биореактора на кольматацию фильтрующих погружных пластин. Материалы VIII Международной конференции «Качество воздуха и окружающей среды», 17-2! мая 2010, Самарканд, с. 111-113.

9. Денисов A.A., Стрельцов A.C., Королева М.В. Конструкт орско-технологичсские рекомендации по повышению эффективности работы биореакторов с погружными фильтрующими пластинами. Материалы VIII Международной конференции «Качество воздуха и окружающей среды»;-17-21 мая 2010, Самарканд, с. 341-345.

10. Денисов A.A., Стрельцов A.C., Королева М.В. Повышение эффективности функционирования биорсакторов с погружными фильтрующими пластинами. Сборник статей IV Всероссийской научно-

практической конференции «Мониторинг природных экосистем», май 2010, Пенза, с. 32-34.

11. Денисов A.A., Стрельцов С.А. Влияние условий работы биореактора на кольматацжо фильтрующих погружных пластин. Материалы Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотвсдспис мегаполиса» Москва, 12-13 марта 2009, с.49-51.

12. Стрельцов С.А. Автоматизация процесса удаления биогенных элементов на блоке производительностью 500 тыс. м3/сут. Материалы Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотведеиис мегаполиса» Москва, 12-13 марта 2009, с.149-154.

13. Денисов A.A., Стрельцов A.C. Применение мешалок как разрушителей пены в аэротенках смесительного типа. Материалы Международной конференции «Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов» 9-11 декабря 2009 г, Материалы Международной конференции посвященной 40-летию ВНИТИБП. Щелково, 2009, с. 618-621.

14. Денисов A.A., Стрельцов A.C. Влияние гидродинамики на массопереное кислорода в окислительном реакторе. Материалы Международной конференции «Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов» 9-11 декабря 2009 г, Материалы Международной конференции посвященной 40-летию ВНИТИБП. Щелково, 2009, с. 653-655.

15. Денисов A.A., Стрельцов A.C. Функциональные свойства нитчатых бактерий в реакторе смешения. Материалы Международной конференции «Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов» 9-11 декабря 2009 г, Материалы Международной конференции посвященной 40-летию ВНИТИБП. Щелково, 2009, с. 645-647.

16. Денисов A.A., Стрельцов A.C. Парциальная нитрификации аммонийного стока в мембранном реакторе. Материалы Международной конференции «Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов» 9-11 декабря 2009 г, Материалы Международной конференции посвященной 40-летию ВНИТИБП. Щелково, 2009, с. 622-624.

Отпечатано в ООО "Мещера" Щелково, Московская область, Свирская, 8а зак. 350, тар. 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Стрельцов, Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность работы.

Цель и задачи исследований.

Научная новизна.

Практическая ценность.

Апробация работы.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. МЕМБРАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ЗАГРЯЗНЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД.

1.1.1. Классические способы обработки стоков.

1.1.2. Мембранные реакторы.

1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЬМАТАЦИИ.

1.2.1. Состав и структура жидкой смеси.

1.2.2. Механизм и математическая модель кольматации.

1.2.3. Влияние различных параметров смешанного стока на кольматацию.

1.3. РОЛЬ ТИПА ФИЛЬТРАЦИИ И УСЛОВИЙ УПРАВЛЕНИЯ В РАЗВИТИИ КОЛЬМАТАЦИИ.

1.3.1. Фильтрационный поток.

1.3.2 Конструкция и материал модуля биореактора с погружными мембранами.

1.3.3. Условия прерывистой фильтрации.

1.3.4. Зависимость между различными параметрами кольматации.

1.4. ПАРЦИАЛЬНАЯ НИТРИФИКАЦИЯ АММОНИЙНОГО СТОКА

В МЕМБРАННОМ РЕАКТОРЕ.

1.5. КОНФИГУРАЦИИ БИОПРОЦЕССОВ ПАРЦИАЛЬНОЙ НИТРИФИКАЦИИ.•.

1.5.1. Процесс парциальной нитрификации по нитритной схеме.

1.5.2. Процесс аноксического окисления аммония.

1.5.3. Процесс окисления аммония автотрофными бактериями при низких концентрациях кислорода.

1.5.4. Процесс одновременной нитрификации и денитрификации.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава. 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1 .МЕМБРАННЫЙ МОДУЛЬ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ.

2.1.1 Характеристики мембранных модулей.

2.1.2 Характеристика стоков.

2.1.3 Операционные условия и управление кольматацией.

2.2. ХАРАКТЕРИСТИКА СМЕШАННОГО СТОКА.

2.3. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПИЛОТНОЙ УСТАНОВКИ.

2.3.1 Анемометрия с нагреваемой пленкой.

2.3.2 . Гидродинамика и состояние активного ила.

Глава 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТРАЦИИ.

3.1. ГАЗОВОЕ УДЕРЖАНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЕ.

3.2. МАССОПЕРЕДАЧА КИСЛОРОДА К МИКРООРГАНИЗМАМ АКТИВНОГО ИЛА.

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ БИОМАССЫ.

3.4. РАЗМЕР ФЛОККУЛ.

3.5. ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА МЕМБРАННЫЕ

СИСТЕМЫ.

Глава 4. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПАРЦИАЛЬНОЙ НИТРИФИКАЦИИ.

4.1. АДАПТИРОВАННЫЕ РЕЖИМНЫЕ УСЛОВИЯ.

4.1.1. Растворенныйлсислород

4.1.2. Гидравлическое время пребывание.

4.1.3. Температура.

4.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ , ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ НИТРИФИКАЦИИ.

4.2.1. Воздействие растворенного кислорода.

4.2.2. Воздействие гидравлического времени пребывания.

4.2.3. Воздействие температуры.

Глава 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПАРЦИАЛЬНОЙ НИТРИФИКАЦИИ.

5.1. СХЕМАТИЧЕСКАЯ КОНФИГУРАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

5.2. ОПИСАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.

5.3. СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ПОСТОЯННЫЕ КИНЕТИК,

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ.

5.4 ОЦЕНКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.

5.4.1 Формы субстратов.

5.4.2 Процессы ингибирования.

5.4.3 Действие температуры.

5.4.4 Гидравлические параметры.

5.4.5 Идентификация параметров биологической кинетики.

5.4.6 Аммонийно-окисляющая популяция.

5.4.7 Нитрит-окисляющая популяция.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Парциальная нитрификация аммонийного стока в мембранном реакторе"

В настоящее время одну из основных загрязняющих субстанций окружающей среды образует азот и его соединения. Азотные загрязнения среды являются результатом чрезмерного сброса человеком примесей производных азота в атмосферу, открытые и подземные природные водные источники. Эти выбросы азотных загрязнителей в различные среды являются вредными < для здоровья людей, почвенных, и водных биологических ресурсов, и, следовательно, всего комплекса природной экосистемы. Продолжительное время биологическая наука пренебрегала разработкой мероприятий по- борьбе с ростом азотных загрязнений и влиянием их последствий на природные экосистемы. Однако в последние годы научные работы позволили определить требования, регламентирующие снижение нагрузок по азоту, поступающему со сточными водами. Эти работы основываются на стимулировании развития и совершенствования установок по очистке сточных вод, с одной стороны, и, с другой стороны, создании прогрессивных технологий с целью снижения количества сбрасываемых стоков и/или получения менее загрязненных стоков.

Таким образом, охрана окружающей среды требует разработки прогрессивных технико-технологических мероприятий, нацеленных на защиту водных и почвенных объектов от азотсодержащих загрязнений стоков предприятий и городов. Решение этой задачи требует увеличения производительности биореакторов, снижения стоимости и продолжительности природоохранных мероприятий, интенсификации процессов биологического окисления аммония и сокращения затрат на реализацию технологических процессов каждого этапа очистки.

Традиционная схема аэробной биологической очистки от азотных загрязнений включает последовательно этапы:

- этап нитрификации, в процессе которого при подаче кислорода происходит преобразование органического азота в аммонийный азот, затем аммонийного азота в нитриты, а нитритов - в нитраты;

- этап денитрификации, в процессе которого при отсутствии кислорода образуется свободный газообразный азот.

Предлагаемая схема биологической очистки с помощью парциальной нитрификации содержит этапы:

- этап нитрификации, в процессе которого при интенсивной подаче кислорода происходит преобразование органического азота в аммонийный азот, затем аммонийного азота в нитриты, причем обеспечивается получение их максимального количества;

- этап денитрификации (А1МОММАХ-процесс), в ходе которого при отсутствии кислорода из нитритов образуется свободный газообразный азот.

В процессе настоящих исследований процессов парциальной нитрификации в реакторе мембранного типа был определен ряд управляющих переменных параметров, обеспечивающих функционирование всей биологической системы. Проведенные параметрические измерения позволили оценить, как изменялось функционирование аэротенка при условии, когда один из параметров регулировался, а другие поддерживались постоянными.

Определены геометрические свойства мембранного модуля (сопротивление, проницаемость, пористость), гидравлические и аэрационные характеристики реактора (перемешивание, массоперенос, удержание газа и средний диаметр воздушных пузырей). Исследовано взаимодействие между аэрационный и гидравлической характеристиками мембранного реактора, реализующего процесс парциальной нитрификации.

Экспериментальная часть работы проводилась в два этапа. Сначала на искусственных моделях сточных вод осуществлялось тестирование различных условий фильтрации в биологических условиях, затем на реальных городских сточных водах и стоках предприятий АПК проводилась оценка результативности и сходимости данных экспериментов с результатами модельных исследований. Оптимизация парциальной нитрификации производилась с помощью трех операционных переменных: концентрации кислорода, гидравлического времени пребывания и температуры. Установлено, что оптимальными условиями накопления нитритов являются: концентрация кислорода 2—2,5 мг/л, гидравлическое время пребывания 6-7 ч, температура 30 °С, рН 8,65-8,95.

Результаты работы показали, что парциальная нитрификация является наивыгоднейшим методом обработки азотосодержащих сточных вод, т.к. позволяет снизить затраты энергии на аэрацию, ускоряет процесс денитрификации, уменьшает количество избыточного активного ила и исключает токсическое действие ингредиентов на микроорганизмы. Процесс сопровождается аккумулированием большого количества нитритов на начальном этапе, которые в дальнейшем практически исключают ингибирование микроорганизмов, участвующих в процессе биологической обработки.

Однако необходимо отметить, что управление процессами парциальной нитрификацией представляет собой значительные трудности, если не принять научно-обоснованных мер по поддержанию стабильной нитритной микрофлоры в течение длительного периода времени.

Цель и задачи исследований.

Цель работы - разработать и оптимизировать технологические режимы мембранного биореактора, функционирующего на режиме парциальной нитрификации аммонийного стока.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

- изучить характеристики кольматации активно-иловой смеси и реологии активного ила аэрационных сооружений, оборудованных погружными фильтрационными мембранами;

- изучить зависимость между различными параметрами кольматациии и взаимодействие между гидродинамикой и флоккуляцией взвешенных частиц;

- исследовать влияние аэрации водно-иловой смеси на процессы фильтрации и степень очистки сточной воды в биологическом реакторе;

- исследовать механизм протекания парциальной нитрификации аммонийного стока в мембранном реакторе; определить влияние концентрации растворенного кислорода, гидравлического времени пребывания водно-иловой смеси и ее температуры на параметры процессов парциальной нитрификации;

- определить оптимальные режимы парциальной нитрификации в реакторе мембранного типа.

Научная новизна

Определен критерий влияния микроорганизмов на коэффициент массопереноса вещества в реакторе, зависящий от площади поверхности раздела фаз, коэффициента массопередачи кислорода, состава биоценоза и физиологического состояния микроорганизмов.

Установлено распределение биомассы, иммобилизованной на твердых поверхностях реактора с погружными фильтрующими мембранами, и возможность формирования на них аноксических зон, способствующих денитрификации, отрыву пленки и снижению фильтрующей способности мембранного модуля.

Проведен широкий спектр расчетно-экспериментальных исследований процессов парциальной нитрификации аммонийного стока в мембранном реакторе.

Изучена микробиология, процессов нитрификации, характеристики нитрифицирующих штаммов и факторы, влияющие на рост и активность нитрифицирующих бактерий.

Установлено влияние, на процесс нитрификации физических факторов (концентрации растворенного кислорода, рН, концентрации продуктов окисления, содержание органических составляющих, возраста активного ила и размеров флоккул).

Разработана конфигурация биологических процессов, в том числе факторы и условия аккумуляции ЫСЬ" в процессе нитрификации, влияние штамма М^озошопаз, концентраций ЫН3 и азотистой кислоты, рН, температуры растворенного кислорода, времени гидравлического пребывания и возраста активного ила.

Практическая ценность.

Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований биологических систем обработки азотосодержащих жидких отходов и позволяют с высокой степенью надежности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих систем очистки сточных вод.

Апробация работы.

На основании проведенных исследований разработаны: «Методические рекомендации по определению влияния фильтрационных условий на результаты очистки сточных вод в биологическом реакторе с погружными мембранами» (Утв. 29 октября 2009 г Россельхозакадемией); «Методические рекомендации по оптимизации модели парциальной нитрификации аммонийного азота процессов аэробной биологической очистки» (Утв. 01 июля 2010 г Россельхозакадемией);

Материалы диссертационной работы доложены на Международном конгрессе "Вода: экология и технология — Экватек». Москва, июнь, 2010; Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотведение мегаполиса» Москва, 12-13 марта 2009; Международной конференции «Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов» 9-11 декабря 2009 г, посвященной 40-летию ВНИТИБП. Щелково, 2009; Международной конференции «Качество воздуха и окружающей среды», 17-21 мая 2010, Самарканд; IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем», май 2010, Пенза.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)", Стрельцов, Сергей Александрович

выводы

1. Разработаны h оптимизированы технологические режимы мембранного реактора, функционирующего в режиме парциальной нитрификации' азотосодержащих городских сточных вод и стоков предприятий АПК.

2. Определены физико-химические характеристики процессов в мембранных реакторах и разработаны математические модели гидродинамических и аэродинамических процессов, влияющих на кольматацию фильтрующих мембран.

3. Установлено, что интенсивность процессов кольматации мембран возрастает при уменьшении возраста активного ила - при возрасте активного ила 60, 40 и 20 сут кольматация взвешенных веществ составляет 21, 30 и 39%, соответственно.

4. Установлено, что интенсивность кольматации снижается при увеличении концентрации взвешенных веществ, что объясняется способностью веществ, находящихся во взвешенном состоянии, формировать защитный фильтрующего слой на поверхности мембраны, который позволяет ограничивать поступление взвешенных кольматирующих веществ (при концентрациях взвешенных веществ 2, 3 и 5 г/л трансмембранное давление составляет 346,7; 185,7; и 100 Па/ч. соответственно).

5. Разработана оптимальная конфигурация биологических процессов в реакторе мембранного типа и определено влияние на условия аккумуляции нитритов в процессе парциальной нитрификации параметров: концентрации аммония и растворенного кислорода, рН-фактора, температуры, времени гидравлического пребывания и возраста активного ила.

6. Установлено, что газовое удержание пропорционально увеличивается с ростом поверхностной скорости газа, как в присутствии, так и при отсутствии биомассы в биологической системе, при этом газовое удержание в присутствии микроорганизмов более высокое, чем в чистой воде (в чистой воде ниже 5%, в присутствии биомассы более 7%).

7. В процессе исследования оптимизации процессов парциальной нитрификации в биореакторе из всех операционных переменных были выделены как наиболее приемлемые управляющие факторы: растворенный кислород, гидравлическое время пребывания и температура среды.

8. Установлено, что при снижении концентраций растворенного кислорода менее 4 мг/л концентрации нитритов существенно увеличивались (от 3 до 92%), в то время как концентрации нитратов непрерывно снижались.

9. Определено, что при повышенных значениях времени гидравлического пребывания накопление нитритов весьма незначительно, что свидетельствует о более продолжительном конвертировании нитритов в нитраты.

10. Испытания показали, что максимальное накопление нитритов имеет место при высокой аммонийной нагрузке и минимальной концентрации свободного аммиака (не более 2-3 мг/л).

11. Моделирование биологических процессов мембранного реактора, реализующего процессы парциальной нитрификации, выполненное на основе анализа балансов гидравлических потоков и компонентов среды, позволяет имитировать последовательные этапы нитритной и нитратной нитрификации, которые являются двумя процессами полной биологической очистки сточных вод.

12. Сопоставление результатов теоретической модели с экспериментальными результатами показывает, что расчетные данные хорошо сходятся с экспериментальными значениями (коэффициент корреляции г = 0,94-96), что свидетельствует о надежности разработанной модели и возможности ее использования в практике проектирования очистных сооружений.

165

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Стрельцов, Сергей Александрович, Щёлково

1. Барков A.B. Процесс флокуляции активного ила и механизмы деконтаминации в аэротенках. Сб. науч. тр. ВНИИВСГЭ. 1995, № 97, с. 115-120.

2. Бизей К., Борделиус А., Кабрал С. Иммобилизованные клетки и ферменты. М., Мир, 1988.

3. Биологическая очистка производственных сточных вод; Процессы, аппараты и сооружения/Под ред. C.B. Яковлева. М.: Стройиздат, 1985.

4. Варежкин Ю.М., Михайлова А.И., Терентьев A.M. Методы интенсификации процесса биологической очистки сточных вод. М., 1987.

5. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. М: Стройиздат, 1984.

6. Велихов В., Рахмажан Ю.А., Воронов A.B. и др. Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения. М.: Недра, 1985, 320 с.

7. Виестур У.Э., Кристанпонс М.Ж., Былинкина Е.С. Культивирование микроорганизмов: Биоинженерные основы. М.: Пищевая промышленность, 1980.

8. Волова Т.Г. Экологическая биотехнология. Новосибирск, 1997, 141 с.

9. Воробьева Л.И. Техническая микробиология. М.: Изд-во МГУ, 1987, 168 с.

10. Ю.Воронович Н.В.; Налимова С.С. Химия и микробиология воды. Волгоград., 2003, 235 с.

11. П.Гареев Э.А. Особенности формирования и изменчивости экологических условий в прудах и малых водохранилищах. Екатеринбург, 2002.

12. Гарнаев А.Ю., Седых Л.Г. и др. под ред. Кринстонсона М. Биологическая очистка сточных вод и отходов сельского хозяйства. Динамические модели. Рига. 1991.

13. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б. С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. М.: Химия, 1988. 112с.

14. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Высшая школа М: 2000. 478 с.

15. Гринин A.C., Орехов H.A., Новиков В.Н. Математическое моделирование в экологии. И., Юнити-Дана, 2003, 269 с.

16. Грищенко C.B., Газиева A.M., Филиппова H.A. Использование адаптированной микрофлоры для очистки сточных вод. Очистки воды. Тез. Докл. Конф. Киев. 1988, с. 99-100.

17. Данилович Д. А., Дайнеко Ф. А., Мухин В. А., Николаева Е. Б., Эпов А.Н. Удаление биогенных элементов. Водоснабжение и санитарная техника. 1998. №9. 10-13.

18. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес О.В., Николаев Ю.А., Козакова Е.А., Грачев В.А. Анаэробное окисление аммония для удаления азота из высококонцентрированных сточных вод. Водоснабжение исанитарная техника. 2010, № 4, с. 49-54.

19. Дорофеев А. Г., Козлов M. Н., Данилович Д. А., Аджиенко Т. М., Рыбаков JI. А. Сравнительная оценка методов определения концентрации кислорода для контроля процессов биологической очистки сточных вод. Вода и экология, 2001. № 4. 18-26.

20. Емцев Е.Т., Мишустин E.H. Микробиология. М.: Дрофа, 2005.

21. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.Акварос, 2003.

22. Жмур Н.С. Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.:Луч, 1997.

23. Ивановский Р.Н. Биоэнергетика и транспорт субстрата у бактерий. М., Изд-во МГУ, 2001.

24. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: Спр-к проектировщика под ред. В. Н. Самохина. М., Стройиздат, 1981.638 с.

25. Карелин А .Я., Жуков Д.Д., Журов В.Н., Репин Б.Н. Очистка производственных сточных вод в аэротенках. М., Стройиздат, 1983.

26. Карюхина Т. А., ЧурбановаИ. Н. Контроль качества воды. М., 1986.

27. Кичигин В.И. Агрегация загрязнений воды коагуляцией. М.: АСВ,1994.

28. Колесников В.П., Вильсон В.К Гордеев-Гавриков Е.В. Комбинированные сооружения с биофильтрами и аэротенками-отстойниками, ж-л «ЖКХ» № 12, Часть I., Москва, Россия, 2003.

29. Колесников В.П., Вильсон Е.В. Современное развитие технологическх процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях: Под ред. Академика ЖКХ РФ В.К. Гордеева-Гаврикова. Ростов-на-Дону: Юг, 2005, 212 с.

30. Ксенофонтов Б.С. Химия и основы технологии очистки воды. М.: МГИЭТ, 1997. 87с.

31. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М., Химия, 1984.

32. Метод расчета аэротенков по кинетическим параметрам процесса. Репин Б. Н. Водоснабжение и санитарная техника. 1983. № 2. 8-10.

33. Мишуков Б. Г Схемы биологической очистки сточных вод от азота и фосфора/Методические рекомендации СПбГАСУ: СПб, 1995, 35 с.

34. Мишустин E.H., Емцев В.Г. Микробиология. М.: Колос, 1987.

35. Определитель бактерий Берджи. М.: Мир, 1997.

36. Зб.Осадчий В.Ф., Яременко Л.В. Циркуляционный аэротенк с инертным наполнителем. Сборник докладов Международного конгресса «ЭКВАТЭК-2006», Москва, 30 мая-2 июня, часть 2, с. 754-755.

37. Пахомов А.Н, Данилович Д.А. и др. Разработка и внедрение новых технологий очистки сточных вод и обработки осадка. Сборник докладов Международного конгресса «ЭТЭВК-2005», Ялта, 24-27 мая, с. 308-314.

38. Синицын А.П., Райнина Е.И., Лозинский В.И. и др. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. М., Изд-во МГУ, 1994.

39. Строительные нормы и правила. Канализация, Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.03-85. М., 1986.

40. Тавартниладзе И.М., Клепикова В.В. Очистка сточных вод на биофильтрах. Киев: Будивельник, 1983.

41. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: Дрофа, 2003.

42. Терентьев В.И., Павловец Н.М. Биотехнология очистки воды. В 2-ух частях. СПб.: Гуманистика, 2003. 272 с.

43. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод: Пер. с англ. М.: Мир, 204. 480 с.

44. Химия промышленных сточных вод/Под ред. А. Рубина. М.: Химия, 1983. 360 с.

45. Чернобережский Ю.М. Основы микробиологии и химии воды. М., Наука, 1988.

46. Чурбанова И.Н. Микробиология. М., Высшая школа, 1987, 239 стр.

47. Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология. М.: Стройиздат, 1983.

48. Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1987.

49. Щербак Л.С., Степанова Л.Т. Методические указания к лабораторным занятиям по микробиологии. КГСХА, 1998.

50. Экологическая биотехнология/Под ред. К.Ф. Форстера, Д.А. Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990. 384 с.

51. Эпов А.Н., Примин Д.И. Применение метода динамического моделирования для оптимизации аэрационной системы. Проекты развития инфраструктуры города. МосводоканалНИИпроект, Прима-Пресс. М., 2005.

52. Яковлев С.В., Карюхина Т. А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М., Стройиздат, 1980.

53. Яковлев СВ., Воронов Ю.В. Биологические фильтры. М.: Стройиздат, 1982.

54. Яковлев СВ., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.: Стройиздат, 1980. 200 с.

55. Abeling U., Seyfried С. F. Anaerobic-aerobic treatment of high-strength ammonia wastewater-nitrogen removal via nitrite. Water Sci. Technol., 1992, 26 (5-6), 1007-1015.

56. Ahn K.H., Song K.G., Application of microfiltration with a novel fouling control method for reuse of wastewater from a large-scale resort complex. Desalination, 2000, 129 207-216.

57. Akunna J.C., Bizeau C., Moletta R. Nitrate and nitrite reductions with anaerobic sludge using various carbon sources : glucose, glycerol, acetic acid, lactic acid and methanol. Water Res., 1993. 27, 1303 1312.

58. Albasi C., Bessiere Y., Desclaux S., Remigy J.C., Filtration of biological sludge by immersed hollow-fiber membranes: influence of initial permeability choice of operating conditions, Desalination. 2002, 146 427431.

59. Bac W., Back S.C., Chung J.W., Lee Y.W. Nitrite accumulation in batch reactor under various operational conditions. Biodégradation, 2002, 12, 359366.

60. Beccari M., Passino R., Ramadori R., Tandoi V. Kinetics of dissimilatory nitrate and nitrite reduction in suspended growth culture. J. Water Pollut. Control Fed, 1983. 55 (1), 58 64.

61. Bemardes R.S, Spanjers H, Klapwijk A. Modelling respiration rates in nitrifying SBR treating domestic wastewater. Environ. Technol., 1996, 17, 337-348.

62. Bernardes R.S, Spanjers H, Klapwijk A. Modelling respiration rate and nitrate removal in a nitrifying-denitrifying SBR treating domestic wastewater. Bioresour. Technol, 1999. 67, 177 189.

63. Bernet N, Sanchez O, Cesbron D, Steyer J.-P, Delgnes J.-P. Modeling and control of nitrite accumulation in a nitrifying biofilm reactor. Biochem. Eng. J, 2005. 24, 173- 183.

64. Beun J.J., Heijnen J.J., van Loosdrecht M.C.M. Nitrogen removal in a granular sludge sequencing batch airlift reactor. Biotechnol. Bioeng., 2001. 75, 82-92.

65. Biggs C.A., Lant P. A., Activated sludge flocculation : on mine determination of floe size and the effect of shear. Water Research. 2000. 34 2542-2550.

66. Bouhabila E.H., Ben Aim R., Buisson H., Fouling characterisation in membrane bioreactors. Separation and Purification Technology. 2001. 123132.

67. Bura R., Cheung M., Liao B., Finlayson J., Lee B.C.,. Droppo I.G, Leppard G.G. and Liss S.N., Composition of extracellular polymeric substances in the activated sludge floe matrix. Water Science and Technology. 1998. 37325-333.

68. Cecen F., Gonenc I.E. Nitrogen removal characteristics of nitrification and denitrification filters. Water Sci. Technol., 1994. 29 (10-11), 409 416.

69. Chang I., Lee C., Membrane filtration characteristics in membrane-coupled activated sludge system-the effect of physiological states of activated sludge on membrane fouling. Desalination. 1998. 120, 221-233.

70. Chang I.S, Fane A.G., Characteristics of micro filtration of suspensions with inter-fibre two-phase flow. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2000. 75, 533540.

71. Cho B.D., Fane A.G., Fouling transients in nominally sub-critical flux operation of a membrane bioreactor. Journal of Membrane Science. 2002, 209,391-403.

72. Choi H., Zhang K., Dionysiou D.D., Oerther D.B., Sorial G.A., Influence of cross flow velocity on membrane performance during filtration of biological suspension. Journal of Membrane Science. 2005, 248, 189-199.

73. Choo K.H., Lee C.H., Hydrodynamic behavior of anaerobic biosolids during crossflow filtration in the membrane anaerobic bioreactor. Water Research. 1998. 32, 3387-3397.

74. Chua H.C., Arnot T.C., Howell J.A., Controlling fouling in membrane bioreactors operated with a variable throughput. Desalination. 2002. 149, 225-229.

75. Ciudad G., Rubilar O., Munoz P., Ruiz G., Chamy R., Vergara C., Jeison D. Partial nitrification of high ammonia concentration wastewater as a part of shortcut biological nitrogen removal process. Process Biochem., 2005. 40, 1715-1719.

76. Cui Z.F., Chang S., Fane A.G., The use of gas bubbling to enhance membrane processes. Journal of Membrane Science. 2003. 221, 1-35.

77. Defiance L., Jaffrin M.Y., Comparison between filtrations at fixed transmembrane pressure and fixed permeate flux: application to a membrane bioreactor used for wastewater treatment. Journal of Membrane Science. 1999, 152, 203-210.

78. Defrance L., Jaffrin M.Y., Reversibility of fouling formed in activated sludge filtration. Journal of Membrane Science. 1999. 157, 73-84.

79. Fane A.G., Chang S., Chardon E., Submerged hollow fibre membrane module-design options and operational considerations. Desalination. 2002. 146, 231-236.

80. Field R.W., Wu D., Howell J.A., Gupta B.B., Critical flux concept for microfiltration fouling. Journal of Membrane Science. 1995. 100, 259-272.

81. Gan Q., Evaluation of solids reduction and backflush technique in crossflow microfiltration of a primary sewage effluent. Resources-Conservation and Recycling. 1999.27, 9-14.

82. Gander M., Jefferson B., Judd S., Aerobic MBRs for domestic wastewater treatment: a review with cost considerations. Separation Purification Technology. 2000. 181,19-130.

83. Garcia-Ochoa F., Castro E.G., Santos V.E. Oxygen transfer and uptake rates during xantha gum production. Enzym. Microb. Technol., 2000. 27, 680 — 690.

84. Garrido J.M., van Benthum W.A.J., van Loosdrecht M.C.M and Hijnen J.J. Influence of dissolved oxygen concentration on nitrite accumulation in a biofilm airlift suspension reactor. Biotechnol. Bioeng., 1997. 53, 168 178.

85. Ghyoot W.,Vandaele S., Verstraete W. Nitrogen removal from sludge reject water with a membrane-assisted bioreactor. WaterRes. 1999. 33 (1), 23-32.

86. Gregory J., Eklund L., Horsley R.R., Floe Breakage and Re-formation in Concentrated Suspensions, 9th World Filtration Congress (2004) Nouvelle Orleans-Louisiane.

87. Hellinga C., Schellen A.A.J.C., Mulder J.W., van Loosdercht M.C.M., Heijnen, J.J. The process SHARON: an innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich waste water. Water Sci. Technol. 1998. 37 (9), 135-142.

88. Hermia J., Constant pressure blocking filtration laws-Application to power-law non- Newtonian fluids. Trans. I. Chem. E 60 (1982) 183-187.

89. Hong S.P., Bae T.H., Talc T.M., Hong S., Randall A., Fouling control in activated sludge submerged hollow fiber membrane bioreactors. Desalination. 2002. 143, 219-228.

90. Howell J.A., Chua H.C., Arnot T.C, In situ manipulation of critical flux in a submerged membrane bioreactor using variable aeration rates and effects of membrane history. Journal of Membrane Science. 2004. 242, 13-19.

91. Jianlong W., Ning Y. Partial nitrification under limited dissolved oxygen conditions. Process Biochem., 2004. 39, (10), 1223-1229.

92. Krebser V., Moyer H.A., Fiechter A. A comparison between performance of continuously stirred tank bioreactors in a TORUS bioreactor with respect to highly viscous culture broths. J. Chem. Tech. Biotechnol., 1988. 43, 107 -116.

93. Kuai L.P., Versatete W. Ammonium removal by the oxygen-limited autotrophic nitrification-denitrification system. Appk Environ. Microbiol., 1998. 64(11), 4500-4506;

94. Lazarova V., Julien M., Laurent D., Jacques M. A novel circulating bed reactor: hydrodynamics, mass transfer and nitrification capacity. Chem. Eng. Sci., 1997. 52 (21-22), 3919-3927.

95. Le-Clech P, Jefferson B., Chang I.S., Judd S.J., Critical flux determination by the flux-step method in a submerged membrane bioreactor. Journal of Membrane Science. 2003. 227 81-93.

96. Le-Clech P, Jefferson B., Judd S.J., Impact of aeration, solids concentration and membrane characteristics on the hydraulic performance of a membrane bioreactor. Journal of Membrane Science. 2003. 218, 117-129.

97. Lee W., Kang S., Shin H., Sludge characteristics and their contribution to microfiltration in submerged membrane bioreactors. Journal of Membrane Science. 2003. 216, 217-227.

98. Liu R., Huang X., Sun Y.F., Qian Y., Hydrodynamic effect on sludge accumulation over membrane surfaces in a submerged membrane bioreactor. Process Biochemistry. 2003. 39, 157- 163.

99. Mikkelsen L.H., Keiding K., The shear sensitivity of activated sludge: an evaluation of the possibility for a standardized floe strength test. Water Research. 2002. 36, 2931-2940.)

100. Mosquera-Corral A., Gonzalez F., Campos J.L., Mendez R. Partial nitrification in a SHARON reactor in the presence of salts and oarganic carbon compounds. Process Biochem., 2005. 40, 3109 3118.

101. Mulder JW., van Loosdrecht MC., Hellinga C., van Kampen R. Full-scale application of the SHARON process for treatment of rejection water of digested sludge dewatering. Water Sci. Technol., 2001. 43 (11), 127 134.

102. Mulder JW., van Loosdrecht MC., Hellinga C., van Kampen R. Full-scale application of the SHARON process for treatment of rejection water of digested sludge dewatering. Water. Sci. Technol., 2001. 43 (11), 127 134.

103. Munch E.V., Lant P., Keller J. (1996). Simultaneous nitrification and denitrification in benchscale sequencing batch reactors. Water Res., 277 -284.(105)

104. Nagaoka H., Ueda S., Miya A., Influence of bacterial extracellular polymers on the membrane separation activated sludge process. Water Science Technology 34 (1996) 165-172. (106)

105. Ognier S., Wisniewski C., Grasmick A., Membrane bioreactor fouling in sub-critical filtration conditions: a local critical flux concept. Journal of Membrane Science. 2004. 229, 171-177.

106. Park J-S., Yeon K-M, Lee C-H., Hydrodynamics and microbial physiology affecting performance of a new MBR, membrane-coupled highperformance coupled reactor. Desalination. 2005. 172, 181-188.

107. Pinches A., Pallent L.J. Rate and yield relationships in the production of xanthan gum by batch fermentaitions using complex and chemically defined growth media. Biotech. Bioeng., 1986. 28, 1484 1496.

108. Pochana K., Keller J. Study of factors affecting simultaneous nitrification and denitrification (SDN). Water Sci. Technol., 1999. 39, 61 -68.

109. Pollice A., Laera G., Blonda M. Biomass growth and activity in a membrane bioreactor with complete sludge retention. Water Res., 2004, 38, 1799- 1808.

110. Pollice A., Tandoi V., Lestingi C. Influence of aeration and sludge retention time on ammonium oxidation to nitrite and nitrate. Water Res., 2002. 36, 2541-2546.

111. Priyali S., Steven D. K. Simultaneous nitrification-denitrification in a fluidized bed reactor. Water Sci. Technol., 1998. 38 (1), 247 254.

112. Pynaert IC., Smets B.F., Wyffels S., Beheydt D., Siciliano S.D., Verstraete W. Characterisation of an autotrophic nitrogen removing biofilm from highly loaded lab-scale rotating biological contactor. Appl. Environ. Microbiol., 2003. 69 (6), 3626 3635.

113. Pynaert IC., Smets B.F., Wyffels S., Beheydt D., Verstraete W. Startup of autotrophic nitrogen removing reactors via sequential biocatalyst addition. Environ. Sci. Technol., 2004. 38 (4), 1228 1235.

114. Pynaert K., Sprengers R., Laenen J., Verstraete W. Oygen-limited nitrification and denitrification in a lab-scale rotating biological reactor. Environ. Technol., 2002. 23 (3), 353 362.

115. Pynaert K., Wyffels S., Sprengers R., Boeckx P., Van Cleemput O., Verstraete W. Oxygen-limited nitrogen removal in a lab-scale rotating biological contactor treating an ammonium-rich wastewater. Water Sci. Technol., 2002. 45 (10), 357 363.

116. Rittmann B.E., Manem J.A. Developpement and experimental evaluation of a steadystate, multispecies biofilm model. Biotechnol. Bioeng., 1992.39,914-922.

117. Rosenberger S., Witzig R., Manz W., Szewzyk U., Kraume M. Operation of different membrane bioreactors : experimental results and physiological state of the microorganisms. Water Sci. Technol., 2002. 41, 269-277.

118. Ruiz G., Jeison D., Chamy R. Nitrification with high nitrite accumulation for the treatment of wastewater with high ammonia concentration. Water Res. 2003. 37 (6), 1371-1377.

119. Ruiz G., Jeison D., Chamy R. Nitrification-denitrification via nitrite accumulation for nitrogen removal from wastewaters. Bioresour. Technol., 2006. 97, 330-335.

120. Sheng-Kun C., Chin-Kun J., Sheng-Shung C. Nitrification and denitrification of high strengh ammonium and nitrite wastewaterwith biofilm reactors. Water Sci. Technol., 1991. 23, 1417- 1423.

121. Shon H. K., Vigneswaran S., Kim In S, Cho J., Ngo H. H., The effect of pretreatment to ultrafiltration of biologically treated sewage effluent: a detailed effluent organic matter (EfOM) characterization. Water Research. 2004. 38, 1933-1939.

122. Sliekers O.A., Third K.A., Abma W., Kuenen J.G., Jetten M.S.M. CANON and Anammox in a gas-lift reactor. FEMS Microbiol. Lett., 2003. 218, 339-344.

123. Smith S., Judd S., Stephenson T., Jefferson B. Membrane bioreactors-hybrid activated sludge or a new process? Membrane Technol., December 2003, 5-8.

124. Sozen S., Orhon D. A new approach for the evaluation of the maximum specific growth rate in nitrification. Wat. Res. 1996. Vol. 30, № 7,

125. Spanjers H., Vanrolleghem P.A., Olsson G., Dold P.L. Respirometry in control of the activated sludg process : Principles, IAWQ, Scientific and Technical Report. 1998. №7.

126. Spicer P.T., Keller W., Pratsinis S.E., The effect of impeller type on floe size and structure during shear-induced flocculation. Journal of Colloid and Interface Science. 1996. 184, 112-122.

127. Spicer P.T., Pratsinis S.E., Shear induced flocculation : the evolution of floe structure and the shape of the size distribution at steady state. Water Research. 1993.30, 1049-1056.

128. Strous M., Heijnen J.J., Kuenen J.G., Jetten M.S.M. The sequencing batch reactor as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobicammonia-oxidizing microorganisms. Appl. Microbiol. Biotechnol., 1998. 50,589-596.

129. Surmacz-Gorska J., Cichon A., Minksch K. Nitrogen removal from wastewater with high ammonia nitrogen concentration via shorter nitrification and denitrification. Water Sci. TechnoL, 1997. 36 (10), 71 78.

130. Third K.A., Burnett N., Cord-Ruwisch R. Simultaneous nitrification and denitrification using stored substrate (PHB) as the electron donor in a SBR. Biotechnol. Bioeng., 2003. 83, 706 720.

131. Tseng C.-C., Thomas G. P., Koopman B. Effect of influent Chemical Oxygen Demand to Nitrogen ratio on a partial nitrification/complete denitrification process. Water Res., 1998. 32 (1), 165 173.

132. Turk O., Mavinic D. S. (1989). Maintaining nitrite build-up in a system acclimated to free ammonia. Water Res. 23 (11), 1383-1388.

133. Villaverde S., Fdz-Polanco F., Garcia P. A. Nitrifying biofilm acclimation to free ammonia in submerged biofilters. Start-up influence. Water Res., 2000. 34 (2), 602 610.

134. Villaverde S., Garcia-Ensina P.A., Polanco F. Influence of pH over nitrifying biofilm activity in submerged biofilters. Water Res., 1997. 31 (5), 1180- 1186.

135. Wen C., Huang X., Qian Y., Domestic wastewater treatment using an anaerobic bioreactor coupled with membrane filtration. Process Biochemistry. 1999.35,335-340.

136. Windey K., Inge D.B., Verstraete W. Oxygen-limited autotrophic nitrification/denitrification (OLAND) in a rotating biological contactor treating high-salinity wastewater. Water Res., 2005. 39, 4512 4520.

137. Wisniewski C ., Grasmick A., Floe size distribution in a membrane bioreactor and consequences for membrane fouling. Colloids and Surface A 1998, 138,403-411.

138. Wyffels S., Pynaert K., Boeckx P., Verstraete W., Van Cleemput O. Identification and quantification of nitrogen removal in a rotating biological contactor by 15N tracer techniques. Water Res., 2003. 37, 1252 1259.

139. Yang L., Alleman J.E. Investigation of batch-wise nitrite build-up by enriched nitrification culture. Water Sci. Technol., 1992. 26 (5-6), 997 -1005.

140. Yoo H., Ahn K.H, Lee H.J., Lee K.H., Kwak Y.J., Song K.G. Nitrogen removal from synthetic wastewater by simultaneous nitrification and denitrification (SDN) via nitrite in an intermittently-aerated reactor. Water Res., 1999. 33 (1), 145 154.

Информация о работе

Стрельцов, Сергей Александрович
кандидата технических наук
Щёлково, 2010
ВАК 03.01.06

Диссертация

Парциальная нитрификация аммонийного стока в мембранном реакторе - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы