Автореферат Булегенова Г.Р.


ӘОЖ  628.315.2                                                                       Қол жазба құқығында                                                 

 

 

 

 

 

 

Булегенов Галымжан Рахымжанович

 

 

 

 

 

Сарқынды суды биологиялық тазартуға арналған шағын қондырғыны жетілдіру

 

 

05.23.04-Сумен жабдықтау, канализация, су қорларын қорғаудың құрылыс жүйелері

 

 

 

 

Техника ғылымдарының кандидаты ғылыми дәрежесін

алу үшін дайындалған диссертацияның

АВТОРЕФЕРАТЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қазақстан Республикасы

Алматы, 2008

Диссертациялық жұмыс Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ Ұлттық техникалық университетінің Сәулет және құрылыс институтында орындалды

 

 

Ғылыми жетекші:     техника ғылымдарының докторы,  профессор,

                                       ҚР Ұлттық инженерлік академиясының және 

                                       Халықаралық инженерлік академиясының        

                                       академигі, Қазақстан Республикасы Мемлекеттік

                                       сыйлығының  лауреаты, Қазақстанның еңбегі 

                                       сіңген қайраткері 

                                       Мырзахметов Меңлібай Мырзахметұлы

 

                                                         

Ғылыми кеңесші:      техника ғылымдарының кандидаты,

                                       Жумартов Е.Б.

 

 

Ресми оппоненттер:   техника ғылымдарының докторы, профессор, ХЭҒА

                                       академигі Қожаспаев Н.К.

        техника ғылымдарының кандидаты Халхабай Б.

 

 

Жетекші ұйым:    Қорқыт-Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университеті

 

 

 

Диссертация 2008 жылдың 27 желтоқсан күні сағат 1600 Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ Ұлттық Техникалық Университеті жанындағы Д.14.61.25  Диссертациялық кеңестің мәжілісінде қорғалады.

 

 

Мекен жайы:   050013, Алматы қаласы, Қ.И.Сәтбаев көшесі, 22, 

                            Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық

                            университеті.

 

Диссертациямен Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университетінің кітапханасында танысуға болады.

 

 

Афтореферат 2008 жылы ____ қарашада таратылады.

 

 

 

Диссертациялық кеңестің ғылыми хатшысы,

Техника ғылымдарының докторы                                                М.Т.Жараспаев

Кіріспе

 

Жұмыстың өзектілігі. Кіші елді-мекендердің экологиялық және әлеуметтік ортасын қалыпты жағдайға келтіру инженерлік қондырғылардың деңгейін көтерумен тығыз байланысты деп білеміз. Бұл деңгей қаланың инженерлік инфраструктурасынан әлде қайда төмен, оның ішінде ауылдық мекендерде коммуналды сарқынды суды әкету жүйесі ерекше төмен деңгейде. Қазіргі кезеңде ортақталған сарқынды су әкету жүйелері тек 2 % ауыл адамдарын қамтамасыз етеді. Көп жағдайларда қолданылатын үлкен қалалық тазарту ғимараттары аз мөлшердегі сарқынды суды тазарту үшін жарамсыз екендігін қазіргі күнде практика дәлелдеді. Сондықтан аз мөлшердегі сарқынды су үшін арнайы өзіндік тазарту ғимараттарын ойластыру қажет. Кіші сарқынды суды тазарту ғимараттарын  жобалаудағы ең қиын сұрақтардың бірі нақты сарқынды судың мөлшерін, құрамын, қасиетін және пайда болу тәртібін анықтау.

Диссертациялық жұмыстың мақсаты: Кіші елді мекендердің сарқынды суын биологиялық тазарту үшін қолданылатын шағын қондырғыны жетілдіру.

Қойылған мақсаттарға жету үшін төмендегі зерттеу міндеттерін атқару керек:

-      Қазақстандағы кіші елді мекендердің сарқынды суының пайда болу шарттарын және оны тазалаудағы қазіргі қал жағдайын талқылау;

-      Сарқынды суларды шағын қондырғыларда тазалау әдістерін зерттеу;

-      Жартылай өндірістік эксперименттер өткізуге екінші сатылы тұндырғыш жапсырылған аэротенк қондырғысын құрастыру және оның технологиялық, конструкциялық шешімдерін анықтау.

Зерттеу әдістері: Эксперименттік тәжірибелер нәтижелерін талдап қорыту, ОБҚ, ОХҚ көрсеткіштерінің әрбіреуі 5-20 күнге созылатын жаңа физика-химиялық анализдерін анықтау, нәтижелерді регрессиялық анализде талқылау, сөйтіп математикалық модельдерді құрастыру.

Қорғауға шығарылатын ғылыми қағидалар мен нәтижелер:

-      шағын қондырғының конструкциясы және сарқынды суды биологиялық тазалау зерттеулерін теориялық және эксперименттік шешімдеу;

-      аэротенктің жаңа математикалық моделін, жаңа есептеу шарттарын, эксперименттік анықталған биологиялық тотығу кинетикасын талқылау;

-      екінші сатылы тұндырғыштағы белсенді тұнбамен сарқынды су қоспасын тұндыру нәтижелерін қарастыру;

-      шағын қондырғының технологиялық көрсеткіштерін, технологиялық схемаларын талдау және жаңа есептік шарттарын анықтау.

Диссертациядағы ғылыми жаңалықтар:

- кіші елді мекендердің сарқынды суын биологиялық тазалау үшін екінші сатылы тұндырғыш жапсырылған аэротенктің жаңа қондырғысы құрастырылды, оның ішіндегі аэротенкте тігінен екі бет жағы тормен жабылған сөре орнатылды, ал сөренің ішіне Алматы облысы Шаңқанай жерінен шығатын табиғи цеолит толтырылды;

-жаңа шағын қондырғыда өтетін биологиялық тазалау процесінің технологиялық параметрлері анықталды;

- аэротенктің белгілі есепті әдістерін өзгерту жолдары қарастырылды, жаңа математикалық моделі құрастырылды, сонымен қатар биологиялық тазалау процесінің кинетикасы талқыланды;

- екінші сатылы тұндырғыштың науасында өтетін тұндыру процесіне математикалық моделі қарастырылды;

- шағын қондырғының технологиялық схемасы, есептеу шарттары, техника-экономикалық көрсеткіштері анықталды.

Диссертациялық жұмыстың ғылыми қағидаларының қорытындылары мен ұсыныстарының дәлділігі мен нақтылығы:

-      табиғи және тәжірибелік жұмыстардың нәтижелері сәйкес келді.

-      тәжірибелік нәтижелерді, одан қорытқан технологиялық көрсеткіштерді жобалауда қолданылды;

-      математикалық модельдер әдістерімен алынған нәтижелерді өңдеу жұмыстары салыстырмалы қателіктің 5-15% екенін көрсетті.

Жұмыстың тәжірибелік маңызы:

         Жаңа шағын қондырғы кіші елді мекендердің сарқынды суын толық биологиялық тазартып  суаттарға немесе агроөндірістің техникалық қажеттігіне пайдалануда экологиялық қауіпсіздігін қамтамасыз етті.

Жұмыстың нәтижелерін енгізу. Жетілдірілген жаңа шағын қондырғы Қызылорда қаласының мемелекеттік коммуналды «Су құбыры» және «Қызылорда су жүйесі» кәсіпорындарында енгізілді, сонымен қатар 2006-2008 жылдары Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ жанындағы Құрылыс және Сәулет институтының Құрылыстық инженерлік жүйелері кафедрасының «Суды тазалаудың техникасы мен технологиясы» пәнінің мазмұнына еніп, енгізу актылары берілді.

Диссертацияда келтірілген нәтижелерді алуда автордың жеке үлесі, жоғарыда келтірілген қорғауға шығарылған ғылыми қағидалары мен ғылыми қорытындысынан тұрады.

Жұмыстың апробациясы және жарияланымы: Диссертацияның негізгі тезистері 2005-2008 жылдары Қ.И.Сәтбаев атындағы университетте өткен Халықаралық «XXI ғасырдағы ғылым мен инженерлік білім» және «Жаңа мыңжылдықтағы сәулет және құрылыс» тақырыбына сәйкес өткен ғылыми-тәжірибелік конференцияларда, Алматыда өткен Халықаралық  Орталық Азиялық ғылыми-практикалық конференцияда баяндалды және Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ №6 Хабаршысында, Қазақ Бас Сәулет-Құрылыс академиясының №2 Хабаршысында жарияланды.

Диссертацияның материалдары баспасөзге шығарылған 7 жұмыста, оның ішінде бір авторлық жаңалық ашу патентінің куәлігінде баяндалды.Олардың 3 жұмысы халықаралық ғылыми конференцияларда және 3 жұмысы ҚР комитетінің ұсынылған басылымдарында жарық көрді.

Диссертация құрылымы мен көлемі: Диссертация 20 кестелер мен 30 суреттерді қосқанда 116 текстілі компьютерлік жазылған беттен құралған. Ол кіріспеден, бес тараудан, жұмыс бойынша соңғы қорытындыдан, 98 атаулардан тұратын пайдаланған әдебиеттер тізімінен  және қосымшадан тұрады.


Негізгі бөлім

 

Кіріспеде кіші елді мекендерде аз мөлшердегі сарқынды суды биологиялық тазартуға арналған шағын қондырғыларды жетілдіру қажеттілігі көзделді.

Бірінші бөлімде кіші елді мекендердің су әкету жүйесіндегі сарқынды суды тазалау бойынша зерттеулерге шолу жасалынды, Қазақстандағы кіші елді мекендердің сарқынды суын тазалаудағы қазіргі қал жағдайы анықталды.

Қазақстан Республикасында 86 қала, 200 жұмыс қалашықтары, 7440 кіші елді мекендері бар, онда 14,95 млн. адам  өмір сүреді, оның ішінде қалада 8,52 млн. (57%) адам, ал кіші елді мекендерде 6,43 млн. (43%) адам өмір сүреді. Яғни селолық елді мекендердегі адам саны жалпы Қазақстандағы адам санының 43,6%-ын құрайды. Осы барлық елді мекендердегі 72 қалада, 95 жұмыс қалашығында және 259 селолық елді мекендерде бөлінген су әкету жүйесі бар.

Сарқынды суды тазарту ғимараттары тіркелген өнімділіктерінің шкаласына байланысты тұрғындар саны 200-ден 1000 адам болатын үймереттер тобы, аурухана, санаторий, тұрғын кварталдар, кіші елді мекендер, қалашықтардан сарқынды  суды әкету кіші су әкету жүйесіне жатады. Осылар үшін өнімділігі 25-тен 700 м3/тәулікке дейінгі шағын су тазарту ғимараттарын жобалау қажет. Су тапшылығы немесе оны жеткізудегі ұзақ үзілістер ауыл тұрғындары санитарлық-гигеналық және эпидемиологиялық аса төмен өмір деңгейлерінің алғы шарты болып табылды. Республиканың ауыл тұрғындарының қазіргі кездегі сумен қамтамасыз ету және канализация жағдайы негізінен қанағаттандырарлықсыз деп сипатталуда. Ауылдарда канализация нысандарын салуға қажетті көңіл бөлінбеді, себебі басты мақсаттар деп сумен қамтамасыз ету қарастырылды. Канализация жүйелері негізінен аудан орталықтары мен елеулі түрдегі ірі кенттерге салынды және де, қалдықтарды шығару тек әкімшіліктік-шаруашылық ғимараттарының, мектептердің, ауруханалар мен көп қабатты құрылымдардың маңдарынан ғана шығарылып отырды. Ауылды кенттерде қалдықтардың тасымал (ассенизациялық) жүйесі басым болып, канализациялық (құбырлы) жүйе тек ауылдардың 3-5%-да ғана қолданылды. Өткізілген әлеуметтік сұрастыру деректері бойынша ауыл үйлерінің тек 2,8%-ы ғана орталықтандырылған канализацияға қосылған. Үй ішіндегі әжетхана түрлі облыстар бойынша 1-12% шектеріндегі ауытқумен сұрастырылғандардың тек 5,3%-ы ғана бар. Солардың ішіндегі жағдайлардың тек 1,7% әжетхана орталықтандырылған канализация жүйелеріне қосылған және негізінен олар жергілікті септиктер болып табылады. Осының барлығы ауылдардағы канализацияның төмен деңгейінің дәлелі болып табылады. Алдағы сумен қамтамасыз етуге шығарылатын шығындарды ескере отырып, ауылдардың санитарлық жағдайын бірінші кезеңдерде канализациялық жүйелерді ұйымдастырмай, қоғамдық және өндірістік нысандардағы және әжетханалар мен септиктерді жетілдіру жолымен мүмкін болады.

Кіші елді мекендердің сарқынды сулары негізінен тұрмыстық, шартты таза және өндірістік сулардан тұрады. Тұрмыстық сарқынды суларға асханадан, дәретханадан, ваннадан және кір жуғаннан, еденді жуғаннан, сонымен қатар өндіріс орындарының тұрмыстық бөлмелерінен пайда болған сарқынды сулар жатады.

Шартты таза сулар есебінде су қыздыратын қазан қондырғылардан  сарқынды сулар алынады. Бұндай сарқынды сулардың құрамында 2-3 г/л-ге дейін күл және көмір бөлшектері мен минералды тұздар болады. Оның себебі арнайы алдын-ала тазарту ғимараттарының болмауынан. Өндірістік сарқынды сулар құрылыс-механика қоймаларынан, автопарктерінен, механика жөндеу шеберханаларынан, мал кешендерінен пайда болады. Бұл сарқынды сулардың жалпы сарқынды су мөлшері негізінен тұрмыстық сарқынды сулардан тұрады.

АҚШ, Жапония, Ресей, Украина ғалымдарының зерттеу  мағлұматтары бойынша тұрмыстық  сарқынды су құрамындағы органикалық заттар мынадай компоненттерден тұрады: жалпы лас мөлшерінен белок 16,0-27,9%, көміртегі 10,5-17,5%, майлы қышқылдар 7,8-9,2%, детергенттер 6,6%, және сұйық май 27,2% шамасында.

Батыс Европаның сарқынды суды тазалау облысында мамандандырылған көптеген фирмалары және бірлестіктері сарқынды судың барлық  шығындарында қолдануға болатын жаңа конструкциялы шағын қондырғылар шығарды. Олардың ішінде  үлкен даңқтылыққа жеткендері мына фирмалар: Германияның "“Лурги"”және "Пассиван"” Францияның “Дегремон” және ЕПАП, Швециядан “Альфа-Лавиль”, Финляндиядан “Юлейнен инсинооритомисто” және тағы басқалар. Бұл шағын қондырғылардың негізгі ғимараттары: керегелер, аэротенктер, екіншілік тұндырғыштар, аэробты  тұрақтатқыштар. Кіші өнімділіктегі тазарту ғимараттары үшін  негізінен аэротенкті қолданады. Себебі, аэротенкте тазарту процесі арқылы  бірінші сатылы тұндырғышта  алдын-ала тұндырусыз-ақ тазартуға мүмкіндік береді.

Бұл тарауда жалпы нәтижелерді қорыта келіп жұмыстың мақсаты белгіленді, яғни кіші елді мекендердің сарқынды суын тазарту үшін қолданылатын шағын қондырғыны жетілдіру.

Екінші бөлімде шағын аэротенк-тұндырғыштың технологиялық көрсеткіштерін анықтауға арналған эксперименттердің шешімдері талқыланды.

Алдымызға қойылған зерттеу тапсырмасына байланысты  эксперименттерді өткізу үшін сарқынды суды тазартатын  жартылай өндірісті қондырғы құрдық. Бiрiншi тарауда көрсетiлген Алматы қаласының аэрация  бекетiнiң (ААБ) механикалық тазартудан өткен су құрамы, кiшi елдi мекендердiң суына сәйкес. Сондықтан эксперименттік қондырғы  аэрация  бекетінің механикалық тазартылған су өтетін каналының  бойында құрылды. Қондырғының өнімділігі 2-5л/сағ немесе 50-100л/тәу. Сарқынды су сорғыш арқылы d25мм құбырмен тұрақты су деңгейі бар сыйымдылығы 0,1м3 бакке беріледі. Бактен сарқынды су құбыр арқылы өз ағынымен сыйымдылығы 150л аэротенкке жеткiзiлдi. Аэротенкке ауа төменгі жағына орналасқан фильтросты пластиналар арқылы берілді. Ауа жеке қысымды ауа баллоны арқылы берілді. Ауа шығыны маркасы РМ-6,3 ТУЗ ротаметрі арқылы өлшенді. Аэротенктің ішкі бетінде  қалыңдығы 10см, төменгi және жоғарғы 2-ші жағы металды тормен жабылған сөре орнатылған. Сөренің ішіне Алматы облысы жерінен  шығатын цеолит толтырылған. Сөре ауданы аэротенктің жалпы ауданын қамтиды.

Аэротенктен сарқынды су  ағынын бағыттағыш  қалқасы бар, қайтадан құятын құбырмен жабдықталған және тұнба жинағыштан тұнбаны әкету үшін орнатылған құбыры бар  тұндырғышқа өтеді.

Тұндырғыштан шыққан  айналмалы белсенді тұнба құбырмен эжектор көмегімен жинағыш бакке одан кейін аэротенкке беріледі.

 


а) аэротенк – тұндырғыш  моделi; б) қондырғы схемасы;

в) қондырғының фотосуреті

1- сарқынды су багi  2- дозатор  3- аэротенк – тұндырғыш моделi

4- тазарған су жинайтын бак  5- резиналы шлангалар

Сурет 1 – Эксперименттiк аэротенк – тұндырғыш қондырғы

 

Қойылған мақсатқа байланысты эксперименттерді өткізуде зерттеу тапсырмасына мыналар кірді:

- шағын қондырғы жұмысының толық оптималды технологиялық режимін орнату.

- қондырғыда өтетін физика-химиялық және биологиялық процестерді білу.

Сынақ нәтижесі ретінде мынадай көрсеткіштер қабылданды:

- қалқымалы заттар, оттегінің биологиялық қажеттілігі (ОБҚ), оттегінің химиялық қажеттілігі (ОХҚ), нитриттер, нитраттар және фосфаттар бойынша сарқынды суды тазарту тиімділі гі.

- аэротенк жұмысының технологиялық параметрлері, оның ішінде тотығу жылдамдығы, аэрация уақыты, тұнба индексі, белсенді тұнба дозасы.

Алматы қаласының  аэрация бекетіндегі  механикалық тазартылған сарқынды су сәйкес келеді.

2003 жылдың маусым айынан 2005 жылдың қазан айына дейін үш кезеңде 71 серия эксперименттер өткізілді. Әрбір эксперименттің ұзақтығы 1 аптаға дейін созылды.

Бірінші тарауда жазылған әдебиеттік сараптаулар ұзартылған аэрациясы бар аэротенктегі есептік негізгі параметрлерді анықтауға мүмкіндік туғызды.

Ауа шығынының және оның қарқындылығының аэротенктегі тотықтыру мүмкіншілігіне, белсенді тұнба жүктемесіне, сонымен қатар белсенді тұнбаның қарапайым микроорганиздердің биоценозын өзгертуге әсер ететініне көз жеткіздік.

Ұзартылған аэрациясы бар аэротенктердегі негізгі есептік параметрлерінің мәндері кең аралықта жатыр, яғни бұл  дегеніміз бірінші кезекте шағын қондырғының конструкциялық мөлшерлеріне әсер етеді.

Аэротенктегі тотықтыру мүмкіншілігін натрий сульфитін Na2SO3 натрий сульфатына Na2SO4 дейін тотыққаны арқылы анықтадық.  Аэротенктің тотықтыру қабілеті (ТҚ) ауаның шығынының өскенімен және аэраторды су түбіне тереңдетумен жоғары деңгейге көтеріледі.

Бұл байланыстылықта нәтижелерді тотықтырудың меншікті қабілетіне  есептелгенде анықталады. Эксперименттердің нәтижелерінде аэротенктің тотықтыру қабілеті ауаны тасымалдау қабілетіне тік пропорционалды екені анықталды. Ауа тасымалдау қабілеті аэратордың биіктігіне байланысты болады. Эксперименттердің қорытынды шешімдерін математикалық талдауға келтірілгенде, меншікті тотығу қабілетінің жалпы байланыстылығы мына формула бойынша анықталды.

 

ТҚмен=f(qмен, D1,h)                                                        (1)

 

мұнда,  qмен- 1м3 аэротенктегі ауаның меншікті шығыны м3/сағ;

             D1- 1м3 аэротенктегі ауа шығыны, м3/сағ;

             h – аэратор тереңдігі, м.

Эксперименттің нәтижесінде мынадай технологиялық параметрлері анықталды: пайдаланатын ауа арыны 1,27-1,4 м, меншікті ауа шығыны 15-25м33.сағ аралығында, ауаның меншікті тотықтыру қабілеті 5,5-6,2 г/м3, айналмалы ағын қоспасының жылдамдығы 0,18-0,22 м/сек аралығында. Бұл тиімді көрсеткіштер арқылы 4 тарауда қондырғының технологиялық есебі шығарылды.

Сөресі бар аэротенктің жұмысына көп әсерін тигізетін сөренің толтырғыштық материалының биохимиялық процестердің күрделенуіне әсерін анықтадық.

Зерттеулерде материал ретінде қайыңды белсендірілген көмір-А (ҚБК-А) маркалы және табиғи цеолит- Алматы облысындағы «Рыстас» жабық акционерлік қоғамы (ЖАҚ) шығаратын клиноптилолит қолданылады. Активтелген көмірдің кеуектілігі орташа 63% жетеді (ең жоғары маркалы), дәндер мөлшері 0,2-1,5 мм. Табиғи клиноптилолиттің құрылымдық формуласы Na6[( Al2O2)6 (SiO2)30]* 24 Н2О, дәндерінің мөлшері орташа 1,15 мм, тығыздығы 2,20 г/см2 , көлемдік массасы 900кг/м3, кеуектілігі 53-58 % -бұл керамзиттен, кварцтты және гранитті құмның кеуектілігінен әлде қайда жоғары. Клиноптилолит пен активтелген көмірдің адсорбциялық, ионалмастырғыштық, фильтрациялық, каталиттік қасиеттері технологтардың назарын аударады.

Эксперименттік аэротенкте тормен қапталған сөре орнатылды, оларға бірінші тәжірибеде-қайыңды белсендірілген көмір-А (ҚБК-А), екінші тәжірибеде-биіктігі 10 см цеолит енгізілді. Аэрациялық, сорбциялық және тұндыру аймақтарының көлемдік арақатынасы 50:30:20% болып табылады, ауа жұмсалуы - 25 м3/сағ., сарқынды сулардың шығыны -1,2 м3/сағ. Аэротенктің жұмыс істегенінен 3,6 және 10 тәуліктен кейін сөре бетінің 100 см2 бетінен белсенді тұнбаның сынамалары анализге алынды.

Анализ нәтижелері 1 кестеде көрсетілген.

 

1 кесте – Аэротенктегі белсенді тұнба құрамының және мөлшерінің өзгеруі

 

Уақыт, тәулік

Биоценоз массасы,г

Белсенді тұнбаның мөлшері,г

Биоценоз түрлерінің саны

3

6

10

2/3

1/7

7/9

1,9/2,5

2,1/3,3

2,4/3,8

4/6

10/13

12/14

 

Белсенді тұнбаның бастапқы мөлшері 1,3г/м3, тұнба индексі -80, көрсеткіштері: қайыңды белсендірілген көмір-А (ҚБК-А)/цеолит бойынша.

         Сонымен, цеолиты бар аэротенкте белсенді тұнба дозасы 2,5-3,8 г/м3 –ке көтерілді, ол дегеніміз тотықтыру уақытын 2-3 есе азайтып, 4-6 сағат орнына 1,5-3 сағат мөлшерін келтіреді.

Үшінші бөлімде зерттеу жұмыстарының нәтижесінде сарқынды суды биологиялық тазалау технологиясын сипаттап келгенде Алматы аэрация бекетінің эксплуатация мәліметтері, Құрылыс Нормалары және Ережелері (ҚНжәнеЕ) бойынша аэротенктердің есептері тәуелділіктерге сәйкес келмейтіндігі анық көрінді. Аэротенктерде сарқынды сулар биологиялық толық тазартылады да, аз мөлшерде денитрификацияланады. Сондықтан биологиялық тазалау процесінде оттегінің биологиялық қажеттілігі (ОБҚ) көрсекіштерінің сипатталуының орнына аммонийлы азот нитраттар көрсеткіштері сипатталуы қажет. Сол себептен аэротенкті Құрылыс Нормалары және Ережелері-нің (ҚНжәнеЕ) белгісі бойынша есептеуін нағыз көрсеткіштермен салыстыру арқасында және биологиялық тазарту процесінің кинетикасына жаңадан талқылау енгізіліп жаңа математикалық модельі құрастырылды.

Құрылыс Нормалары және Ережелері (ҚНжәнеЕ)бойынша аэротенктердің тотығу уақытын және жылдамдығын анықтайтын формулаларды талқыға салғанда, төмендегі жағдайлар анықталды. Тотығу жылдамдығы ρ белсенді тұнбаның мөлшерінің ингибиттеуімен еріген оттегінің белсендіруімен жүретін екі кезеңді ферментативті биохимиялық реакция ретінде көрсетілген.

Ол формуладан еріген оттегінің концентрациясын көрсететін бөлігін белгілеп алайық.

(2)

 

Осы 2-ші формуланы ферментативті реакцияларды нитрификациялау және денитрификациялау процестерінің ескертілуімен талдайық.

 Бұл формуладағы көбейткіштердің бірінші бөлігі мына көрсеткіштер жиынтығы болып табылады: Lexэ–ластанулардың қалдық концентрациясының әсері, К1 – ластанулар табиғаты, С0 – еріген заттардың концентрациясы. Соңғы фактордың әсерін қарастырайық.С0 мәні азайғанда ρ мәні жәймен нөлге дейін азаяды, егер С0→0 денитрификация процестерінде оттегінің биологиялық қажеттілігі (ОБҚ) мәні төмендеу принципіне қарама-қайшы болады. Белсенді тұнба «химиялық жолмен тыныс алады» анаэробты жағдайларда қышқылды ашу құбылысы байқалады. Жоғарыда айтылған құбылыстар (2) формуласын талдауды қажет етеді.

Алынған нәтижелерді салыстыра отырып, тұнба қоспада нитраттар бар болса, С0=0 кезінде тазарту жылдамдығы нөлге тең болмайды, ол биологиялық тазарту қарқындылығын төмендетпейтін мәнге тең болады.

Бұл оң құбылысты іске асыру үшін қайтарымды тұнбаның рециркуляциясын ұлғайту қажет, немесе оксидті аймақтың соңынан тұнба қоспаның рециркуляциясын іске асыратын денитрификаторды құру керек, бұл жағдайда нитраттар еріген оттегінің бір бөлігінің орнын басады. Еріген оттегінің әсерін мына формула арқылы есептеуге болады:

(3)

 

К0=1,2 мг/л  және  α = 6 сандық мәнімен

Құрылыс Нормалары және Ережелері (ҚНжәнеЕ) формуласындағы тотықтыру жылдамдығын анықтайтын соңғы көбейткіш тұнбаның метаболизм өнімдерімен ингибиттеу процесін ескереді. Конкурентті емес ингибиттеу кезінде бұл көбейткішті былай өрнектеуге болады:

(4)

Жалпы есептік формуласы

(5)

 

Kn ,есептегенде мына жағдайларды ескеру қажет: С0 мөлшері аэротенктің бүкіл ұзындығы бойынша орташа алынады, дәліз соңындағы еріген оттегі мөлшері арнайы мөлшер емес.

Сонымен қатар, екінші сатылы тұндырғыштың жұмысына математикалық талдама құрастырылды. Ол талдама тұндырғыштың су жинағыш науасына түсетін жүктеменің, тұндыру уақытының, тұнба тұру биіктігінің, салмағының және науадағы тұндыру аймағының биіктік параметрлеріне негізделген.

Осы зерттеулер барысында екінші сатылы тұндырғыш параметрлерінің нақты мәні туралы мәліметтер алынды. Алматы қаласының аэрация бекетінің екінші сатылы тұндырғыштарының жұмысына әсер ететін параметрлердің минималды мәндері 2-ші кестеде көрсетілген.

 

2 кесте – Алматы қаласының аэрация бекетінің екінші сатылы тұндырғыштарының жұмысына әсер ететін параметрлердің минималды және максималды мәндері

 

Аэрация

      бекеті

Тұру уақы

ты,сағ

тұнба индексі,

см3

тұнбаның мөлшері,

г/л

Рецирку

ляция

лану жиілігі,

б.б.

тұнбаның тұру

биіктігі,

м

1ш.м. жинағыш науаларын-

да судың жұмсалуы,

м3/сағ

Тұндыру аймағының

биіктігі,м

Алматы аэрация бекеті

1,8-3,1

56-161

2,7-4,5

0,29-0,34

0,3-2,2

6,3-11,1

3,8-5,4

 

Дәрежелер және коэффициенттер көрсеткіштерін анықтау үшін регрессиялық талдау әдісі қолданылды. Бұл әдісті қолданғанда кері нәтижелер шықты, олар сәйкес болған жоқ. Сондықтан көрсеткіштер мәнін анықтау үшін біртіндеп жақындау әдісі қолданылды.

Олар 3-ші кестеде көрсетілген.

 

3 кесте - ААБ арналған дәрежелер мен коэффициенттер көрсеткіштерінің мәні

Аэрация бекеті

α1

α2

α3

α4

m2

B

ААБ

-0,9

0,4

0,68

0,9

0,3

3

 

70 мән талданды, байланыспаудың математикалық болжамы 0,41 мг/л, байланыспаудың орташа квадраттық алшақтығы 2,38 мг/л.

Қаралатын факторлар санына байланысты мәліметтерді математикалық өңдеу мүмкіндігі туындайды.

Төменде, екінші сатылы тұндырғыштардағы сарқынды суларды тұндыру процесінің нұсқасы қаралды. Сонымен тұндыру процесін біз ұсынған мына жаңа формула арқылы көрсетуге болады:

(6)

               

Бұл математикалық модель Ri белсенді тұнбаның рециркуляциясы 20-100 рет болған жағдайда қолданылады.

 

Төртінші бөлімде өткізілген  эксперименттік зерттеулерге сәйкес ұсынылатын технологиялық схемалар қабылданды. Ең кіші өнімділігі  25м3/тәу болатын шағын  тазарту қондырғылар халық саны 250 адамдық  елді мекенде қызмет етеді.

Технологиялық схемалар төменгі 2-ші суретте көрсетілген.

Сурет 2 – Кіші елді мекендердің сарқынды суын тазартатын технологиялық схемалар

 

Қарастырып отырған үш технологиялық схема, оның екеуі өткізілген эксперименттер бойынша ұсынылып отыр, ал үшінші схема салыстырмалы, Ресей мемлекетінің коммуналды шаруашылық  академиясының ғылыми зерттеу институтының ұсынылған сарқынды су тазалайтын шағын ШҚ-25 қондырғысының технологиялық схемасы қарастырылған. Бұл қондырғыда ұзартылған аэрациясы бар аэротенк қолданылған. Оның ерекшелігі, аэрация  уақыты 4-6 сағатқа дейін, сонымен қатар айналмалы белсенді тұнбаның рециркуляциясы 30 есе болып келеді.

 Сарқынды суды тазартуға арналған шағын қондырғының эксперименттік схемасы мынадай ғимараттардан тұрады: реттегіш ортақтатқыш 1, компрессор қондырғысы 7, ұзартылған аэрациялы аэротенк 2-3-4, аэротенктің ішіне табиғи цеолитпен толтырылған сөре орналасқан, екінші сатылы тұндырғыш 5, септик 6 және айналмалы белсенді тұнбаны аэротенкке жеткізетін бак пен сорғыш 8.

Өңдеу айналымынан өткен сарқынды судың құрамы 3-6мг/л-ге дейін қалқымалы заттары, 4-8мг/л-ге дейін  оттегінің биологиялық қажеттілігі(ОБҚт-гі), және басқа да  ластардың концентрациясы санитарлы және технологиялық талаптарға сәйкес тазаланып, суды суатқа тастауға болады.

Біз ұсынып отырған бірінші және екінші технологиялық схемалардың ерекшеліктерін былай ұғындыруға болады. Бұл технологиялық схема бойынша қолданылған аэротенктердің бірінші схемасында тік орнатылған, екінші схемасында –көлденең орнатылған ішінде жүктеме ретінде қолданылған табиғи цеолит –Алматы облысындағы «Рыстас» жабық акционерлік қоғамы (ЖАҚ) шығаратын клиноптилолиті бар сөрелер орналасқан.

Бірінші схема бойынша тік сөре орнатылған аэротенктің технологиялық көрсеткіштері белсенді тұнба дозасы 3-5 г/м3; тотықтыру қуаты 288г/м3.тәу; ауа шығыны -45м3/сағ, белсенді тұнбаның рециркуляциясы 3-5 есе, аэрация уақыты 2-3 сағат. Бұл көрсеткіштер үшінші схеманың көрсеткіштеріне қарағанда 3-5 есе электр қуатын өнімді қажет етеді.

Екінші схемада екі сатылы аэротенк келтірілді, оның бірінші сатысында көлденең сөре орнатылған аэротенк қолданылды.Онда нитрификация процесі орын алады. Бұл жағдайда аммонийлы азот пен нитратты азоттың қарым-қатынасы арқасында және олардың концентрациялары тең мөлшерде қалыптасқанда тазарған судың 45-50 тәулікке дейін шірімеуін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, ерітілген оттектің концентрациясы ноль болған кезде денитрификация процесінің өтуін ескереді.

Екінші схеманың бірінші сатылы аэротенк қондырғысына Қазақстан Республикасының патенті берілді. Патент №10780. 15.10.2001 жыл. «Ағын суды тазарту бойынша құрылым».

Эксперименттік нәтижелермен бірге көптеген авторлар мен фирмалардың келтірілген су тазарту технологиясын қарастыра отырып, кіші елі мекендердің канализация  жүйесінің классификациясын құрастырдық. Канализация жүйесінің жіктелуі адамдардың санына қарай, тазарған судың жергілікті тәуелді шарттары, су тазарту әдісіне байланысты болып келді. Классификацияның схемасы 3-ші суретте келтірілді.

Сурет 3 – Кіші елді мекендердің канализация жүйесінің классификациясы

Бесінші бөлімде төртінші бөлімде зерттеліп жетілдірілген кіші елді мекендердің технологиялық схемалардың техника-экономикалық  ұғындыруы қарастырылды. Оның ішінде 2-ші суретте  келтірілген бірінші мен үшінші  технологиялық схема бойынша  технико-экономикалық салыстыру өткізілді.

Шағын қондырғының негізгі экономикалық көрсеткіштері  анықталды, яғни өнімділігі 25 м3/тәу шағын қондырғысына  есептелген негізгі экономикалық көрсеткіштер кестесі  арқылы, қаншалықты бұл шағын қондырғының пайдалы екендігіне көз жеткізуге болады. Оның ішінде тазарған сарқынды су құны 6,5 м3/тенге, бұл қазіргі уақытта тиімді көрсеткіш екендігі нақтыланды.

Осы бөлімнің соңында диссертацияда жиі кездесетін 05.23.04 мамандығы бойынша негізгі қазақша-орысша терминологиялық сөздік келтірілді. Мұнда баспаларда шыққан белгілі аударма сөздіктерде ескермеген әлде басқа мағынада аударған кейбір сөздердің жинағы қарастырылды.

 

ҚОРЫТЫНДЫ

 

1. Кіші елді мекендердің су әкету жүйесіндегі сарқынды судың пайда болу шарттары, оны тазалау бойынша зерттеулерге шолу және Қазақстандағы кіші елді мекендердің сарқынды суын тазалаудағы қазіргі қал жағдайы анықталды. Сонымен жұмыстың мақсаты белгіленді, яғни кіші елді мекендердің сарқынды суын  биологиялық тазарту үшін шағын қондырғыны жетілдіру анықталды.

2. Тік сөресі бар шағын қондырғы-аэротенк жұмысының толық оптималды технологиялық параметрлері анықталды, оның ішінде:

- пайдаланатын ауа шығыны 15-25м33 сағ аралығында, ауаның меншікті тотықтыру қабілеті 5,5-6,2 г/м3, айналмалы ағын қоспасының жылдамдығы 0,18-0,22 м/сек аралығында.

3. Сөресі бар аэротенктің жұмысына көп әсерін тигізетін сөренің толтырғыштық материалының биохимиялық процестердің күрделенуіне әсері анықталды. Зерттеу материалы ретінде қайыңды белсендірілген көмір-А (ҚБК-А) және табиғи цеолит –Алматы облысындағы «Рыстас» жабық акционерлік қоғамында (ЖАҚ) шығарылатын клиноптилолит салыстырылды. Аэрациялық, сорбциялық және тұндыру аймақтарының көлемдік арақатынасы 50:30:20% болып табылды, ауа жұмсалуы 25м3/сағ, сарқынды судың шығыны 1,2м3/сағ болды. Сонымен, цеолиты бар аэротенкте белсенді тұнбаның дозасы 1,3г/м3-2,5-3,8г/м3 көтерілді, сөйтіп тотықтыру уақыты 2-3 есеге азайтылды.

4. Сарқынды суды биологиялық тазарту технологиясы талқыға алынды. Соның арқасында Құрылыс Нормалары және Ережелері (ҚНжәнеЕ) бойынша аэротенктердің тотығу уақыты және жылдамдығын анықтайтын формулаларды нитрификация және денитрификация процестерін ескеретін жаңа  формула келтірілді.

5. Екінші сатылы тұндырғыштағы сарқынды суларды тұндыру процесінің нұсқасы қаралды. Мұнда тұндырғыштың науасында  белсенді тұнбаның қоспасы тұнатын процестің математикалық модельі жаңа формула ретінде келтірілді.

6. Өткізілген эксперименттік зерттеулердің шешімдері арқылы екі технологиялық схема ұсынылды.Сарқынды  судың құрамындағы қалқымалы заттары 3-6 мг/л-ге дейін, оттегінің биологиялық қажеттілігі (ОБҚ-ы) 4-8 мг/л-ге дейін және басқа да ластардың концентрациясы санитарлы және технологиялық талаптарға сәйкес тазаланып,суды суатқа тастауға болады.Кіші елді мекендердің канализация жүйесінің жаңа классификациясы ұсынылды.

7. Жиі кездесетін 05.23.04 мамандығы бойынша негізгі қазақша-орысша  терминологиялық сөздік келтірілді. Мұнда баспаларда шыққан белгілі аударма сөздіктерде ескермеген әлде басқа мағынада аударған 4-5 сөздердің жинағы қарастырылды.

Эксперимент нәтижелері Қызылорда  қаласының «Су құбыры» және «Қызылорда су жүйесі» мемлекеттік коммуналды кәсіпорын мекемелеріне пайдалануға қабылданды.

Ұсынылған шағын қондырғы су әкету жүйесінің пайдалану құнын 177,5 мың. тенгеге жылына азайтты.

Алға қойылған міндеттерді шешудің толықтығын бағалау. Диссертациялық жұмысты орындауда қойылған міндеттер толық көлемде орындалды, зерттеулер нәтижелері өндіріске енгізілді.

Нәтижелерді нақты пайдалану ұсыныстарын орындау: Жұмыс нәтижелері кіші елді мекендердің, жеке ауруханалардың, вахталық ауылдардың, жеке демалыс орындарының, лагерлердің сарқынды суларын тазартып суатқа немесе сорғыш топырақтарға тастауға арналады.

Өндіріске енгізудің техника-экономикалық тиімділігін бағалау: Зерттеу нәтижелері Қызылорда қаласының мемлекеттік коммуналды «Су құбыры» және «Қызылорда су жүйесі» кәсіпорындарына енгізілудің арқасында жылына екі қондырғыдан 177,5 мың тенге экономикалық тиімділікті әкелді.

Зерттелетін саладағы үздік жетістіктермен салыстырғанда орындалған жұмыстың ғылыми деңгейінің бағасы: Ұсынылған жұмыстың техника-экономикалық және ғылыми-техникалық деңгейі қазіргі заманға сай, сонымен қатар ғылыми-тәжірибелік маңызы жоғары деп санауға болады.

 

Диссертацияның тақырыбы бойынша жарияланған еңбектер тізімі

 

1          Установка для очистки сточных вод. Предварительный патент РК № 17085 (2004/1146.1) от 06.08.2004 Мырзахметов М; Жумартов Е.Б; Нурпеисов М.Н; Хойшиев А.Н; Булегенов Г.Р.

2          Жумартов Е.Б., Хисарова Л.Ц., Булегенов Г.Р. Экспериментальные исследования аэротенка –отстойника с фиксированным биоценозом. Труды Международной конференции «Инженерное образование и наука в XXI веке» посвященной 70-летию КазНТУ им. К.И.Сатпаева. Проблемы рационального использования природных ресурсов Т.1, Алматы, 2005,-б.530-532.

3          Булегенов Г.Р. Результаты по сорбционной очистке смеси сточных вод  и активного ила. Материалы Центрально-азиатской международной научно-практичекской конференции, Алматы, 2005,-б.185-186.

4          Жумартов Е.Б., Булегенов Г.Р., Хойшиев А.Н. Қазақстандағы қала және кіші елді мекендердің канализация жүйесінің қазіргі қал-жағдайы. Халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференция «Жаңа мыңжылдықтағы сәулет және құрылыс» Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ, Алматы, 2008,-б.45-48.

5          Жумартов Е.Б., Булегенов Г.Р., Хойшиев А.Н. Кіші елді-мекендердің канализация жүйесінің классификациясы. Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ, Хабаршы №6, Алматы, 2008-б. 125-128.

6          Жумартов Е.Б., Булегенов Г.Р. Екі сатылы тұндырғышта өтетін тұндыру процесі туралы мәлімет. ҚазБСҚА, Хабаршы №2, Алматы, 2008-б. 78-84.

7          Жумартов Е.Б., Булегенов Г.Р. Кіші елді мекендердің сарқынды суын тазартудың технологиялық схемасын ұғындыру. Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ, Хабаршы №6, Алматы, 2008-б. 128-130.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                        Резюме

Булегенов Галымжан Рахыжанович

Разработка компактной установки для биологической очистки сточных вод

05.23.04.-Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

 

Экологическая и социальная среда, а также благосостояние малых населенных мест во многом зависит от повышения уровня инженерных сооружении. Уровень инфраструктуры сельских местностей Казахстана значительно ниже городских, особенно системы коммунального водоотведения. В настоящее время централизованной системой канализации охвачены 2% сельских населенных пунктов.

В Казахстане проживает 14,95 млн. человек, из них 8,52 млн.человек составляет городское население (или 57%) и 6,43 млн.человек сельское население (или 43%). В Республике насчитывается 86 городов, 200 поселков городского типа, 7440 малых населенных пунктов, которые административно разделены на 14 областей и 158 административных районов.

В большинстве случаев конструкции и технологии городских очистных сооружении не приемлемы в практике обработки малых количеств сточных вод для сельских местностей. Здесь требуется разработка конструкции компактных малогабаритных устройств. Для этого необходимо глубоко изучить состав, свойства, а также режимы отведения сточных вод малых населенных мест.

Целью научной работы является разработка компактной установки для биологической очистки сточных вод.

Для достижения этой цели поставлена задача исследовать технологические параметры, теоретически обосновать полученные результаты, разработать технологические схемы очистки малых количеств сточных вод.

Экспериментальные исследования проводились на полупроизводственной модели аэротенка –отстойника с фиксированной загрузкой, расположенной в прямоугольных ячейках поперек аэротенка.

Эксперименты проводились в 2003-2005г.г на территории Алматинской станции аэрации (АСА).

Продолжительность каждой  серии составляла 5-10 дней, всего было проведено 71 серии экспериментов. Анализы воды проводила лаборатория АСА на современной аппаратуре, результаты подверглись регрессионному анализу, после чего были составлены новые математические модели процессов биологической очистки и отстаиванию активного ила.

Получены следующие технологические параметры: расход воздуха -15-25м33 час; удельная окислительная способность -5,5-6,2 г/м3, доза активного ила -2,5-3,8г/м3, время окисления -2-4 часа.

По результатам экспериментов были предложены новые математические модели скорости окисления органики в аэротенках в виде новой формулы и модель процесса отстаивания в лотках вторичного отстойника, также в виде новой формулы.

Разработаны и рекомендованы 2 технологические схемы, в одной из которых предусмотрено 2-х ступенчатая обработка сточных вод, где в качестве нитрификаторов и денитрификаторов служат аэротенки с исследованной в настоящей работе и аэротенки ранее предложенной авторами по патенту №10780. от 15.10.2001г.

Результаты работ приняты к внедрению в государственных коммунальных предприятиях г. Кызылорда «Су құбыры» и «Қызылорда су жүйесі» с суммарным экономическим эффектом в сумме 177,5 тыс. тенге в год.

Новая компактная установка предназначена для полной биологической очистки сточных вод малых населенных мест и позволяет обеспечить экологическую безопасность при сбросе очищенных сточных вод в водоем или может подавать воду для агротехнических целей сельских мест.

 

SUMMARY

 

Bulegenov Galymzhan Rahyzhanovich

 

Working out of compact installation for biological sewage treatment.

 

05.23.04. Water supply, the water drain, building systems of protection of water resources.

 

The ecological and social environment, and also well-being of the small occupied places in many respects depends on increase of level engineering a construction.

Level of an infrastructure of a countryside of Kazakhstan much more low city’s, especially systems of municipal water removal. Now the centralised system of the water drain captures 2 % of rural settlements. In Kazakhstan lives 14,95 million persons, 8,52 million persons makes urban population of them (or 57 %) and 6,43 million persons agricultural population (or 43 %). In Republic 86 cities, 200 settlements of city type, 7440 small settlements which are administratively divided into 14 areas and 158 administrative areas are. In most cases designs and technologies city clearing a construction are not comprehensible in practice of processing of small quantities of sewage to a countryside.

Working out of a design of compact small-sized devices here is required. For this purpose it is necessary to study deeply structure, properties, and also modes of assignment of sewage of the small occupied places. The purpose of scientific work is working out of compact installation for biological sewage treatment. For achievement of this purpose a task in view to investigate technological parameters, theoretically to prove the received results, to develop technological schemes of clearing of small quantities of sewage. Experimental researches were spent on semiindustrial model aerotenk– a sediment bowl with the fixed loading located in rectangular cells across aerotenk. Experiments were spent in 2003-2005 y.y. in territory of Almaty station of aeration (EXPERT). Duration of each series made 5-10 days, all 71 series of experiments have been spent. Water analyses were spent by laboratory of the EXPERT on modern equipment, results have undergone регрессионному to the analysis then new mathematical models of processes of biological clearing and to upholding of active silt have been made. Following technological parameters are received: air expense-15-25m3/m3 hour; specific oxidizing ability-5,5-6,2 g/m3, a dose of active silt-2,5-3,8g/m3, oxidation time-2-4 hour. By results of experiments new mathematical models of speed of oxidation of organic chemistry in aerotenks in the form of the new formula and model of process of upholding in trays of a secondary sediment bowl, also in the form of the new formula have been offered. 2 technological schemes are developed and recommended, in one of which is provided 2 step processing of sewage where in quality nitrification and denitrification savage aerotenks with investigated in the present work and aerotenks before offered by authors under the patent №10780. From 15.10.2001 y.

Results of works to accept to introduction in the state municipal enterprises of «Kyzylorda water pipe» and « Kyzylorda network » about total 177,5 thousand tenge.

New compact installation is intended for full biological sewage treatment and to provide ecological safety at dump of the cleared sewage in a reservoir or can submit water for the agro technical purposes of rural places.