Investigation of the technology of reagent decontamination of excess activated sludge from a secondary dump using experimental statistical models
- Authors: Kichigin V.I.1, Yudin A.A.1
-
Affiliations:
- Samara State Technical University
- Issue: Vol 14, No 4 (2024)
- Pages: 60-68
- Section: WATER SUPPLY, SEWERAGE, CONSTRUCTION SYSTEMS FOR PROTECTION OF WATER RESOURCES
- URL: https://journal-vniispk.ru/2542-0151/article/view/287297
- DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2024.04.09
- ID: 287297
Cite item
Full Text
Abstract
A technology has been developed to change the resistivity of compacted excess activated sludge (EAS) by treating sludge with six types of coagulant and polyacrylamide (PAA) in doses from 0 to 200 mg/dm3. The degree of influence of each reagent on the degree of sediment dehydration has been established. Mathematical models of the dependence of the change in the resistivity of the sediment on the amount of coagulant and flocculant introduced into the sediment are obtained. Mathematical models are represented both implicitly and explicitly (by isolines). It has been proved that the process of maximum reduction of the resistivity of uncompacted excess activated sludge is more expedient to conduct coagulants: Aluminum polyoxysulfate or Ferric chloride with a dose of up to 50 mg/dm3 and flocculant PAA with a dose of 50 mg/dm3.
Full Text
В России образуется более семи миллионов тонн осадка сточных вод в год с учетом сухого вещества [1]. Проблемы с обработкой осадка и дальнейшей его реализацией были всегда. В некоторых случаях осадок можно использовать в качестве топлива [2], удобрений в сельском хозяйстве [3, 4] (считается наиболее перспективным в мире), в качестве добавки в строительные материалы [5, 6]. Обработка осадка является сложным процессом, и прежде чем его утилизировать, необходимо пройти несколько этапов обработки осадка, одним из которых является обезвоживание, оно контролируется коэффициентом удельного сопротивления r × 10-10 см/г. Определение данного показателя всегда трудоемко. Самым распространённым способом обезвоживания является предварительная обработка реагентами осадка с последующим механическим обезвоживанием [6‒8].
В статье представлены результаты исследования изменения удельного сопротивления неуплотненного избыточного активного ила (ИАИ) от доз шести видов коагулянтов (Дк) и одного флокулянта (Дф). Целью этих исследований являлось изучение поведения удельного сопротивления активного ила от доз коагулянта и флокулянта, выбор наилучшего реагента для обезвоживания, а также получение математических моделей исследуемых процессов в виде уравнений Yi = f(X1,X2) в неявном виде и удобных для инженерных и технологических расчетов уравнений r = f(Дк, Дф) в явном виде или в виде изолиний.
Методика проведения исследований. Опыты проводились на установке [9, рис. 1] по методике, изложенной в работе [6, с. 15-19]. Исходным материалом служил неуплотненный избыточный активный ил городских очистных канализационных сооружений (ГОКС) г. Самары. В качестве реагентов использовали шесть видов коагулянта (табл. 1) и флокулянт – полиакриламид (ПАА).
Рис. 1. Зависимость изменения удельного сопротивления исследуемого осадка r ×10-10 , см/г, от доз реагентов: Дк = 50-150 мг/дм3 (Аква-Аурат-30) и Дф = 50-150 мг/дм3 (ПАА)
Fig. 1. Dependence of the change in the resistivity of the sediment under study r × 10-10, cm/g, from reagent doses: Dk = 50-150 mg/dm3 (Aqua-Aurat-30) and Df = 50-150 mg/dm3 (PAA)
Рис. 2. Зависимость изменения удельного сопротивления исследуемого осадка r ×10-10, см/г, от Дк = 50-150 мг/дм3 (алюминий полиоксисульфат) и Дф = 50-150 мг/дм3 (ПАА)
Fig. 2. Dependence of the change in the resistivity of the sediment under study r ×10-10, cm/g, from Dk = 50-150 mg/dm3 (Aluminum polyoxysulfate) and Df = 50-150 mg/dm3 (PAA)
Рис. 3. Зависимости изменения удельного сопротивления исследуемого осадка r ×10-10, см/г, от Дк = 50-150 мг/дм3 (FeCl3) и Дф = 50-150 мг/дм3 (ПАА)
Fig. 3. Dependence of the change in the resistivity of the sediment under study r ×10-10, cm/g, from Dk = 50-150 mg/dm3 (FeCl3) and Df = 50-150 mg/dm3 (PAA)
Рис. 4. Зависимости изменения удельного сопротивления исследуемого осадка r ×10-10, см/г, от Дк = 50 – 150 мг/дм3 (ГранЭКО) и Дф = 50 – 150 мг/дм3 (ПАА)
Fig. 4. Dependence of the change in the resistivity of the sediment under study r ×10-10, cm/g, from Dk = 50-150 mg/dm3 (GranECO) and Df = 50-150 mg/dm3 (PAA)
Опыты проводились при одинаковых условиях. Продолжительность контакта активного ила с реагентами равнялась 10 мин и обеспечивалась их перемешиванием на механической мешалке вместимостью 250 мл. Осадок профильтровывался под давлением 500 мм рт. ст. через двойной бумажный фильтр с синей лентой. Получаемые данные записывались через каждые 15-30 с (в зависимости от скорости фильтрования). Опыт заканчивался после появления трещин на осадке в воронке Бюхнера или прекращения поступления фильтрата в колбу Бунзена (см. соответственно поз. 2 и 4 в [9, рис. 1]).
Для сокращения продолжительности исследований использовался метод математического планирования экспериментов (планы первого порядка) [11-13]. Было проведено 12 серий опытов. Основные характеристики двух планов экспериментов представлены в табл. 2 (планы № 1 и 2), а усредненные экспериментальные и расчётные данные – в табл. 3. Порядок проведения опытов в матрицах планирования рандомизировался по таблице случайных чисел. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики при уровне значимости q = 0,05 по методике, изложенной в работе [13, с. 136]. Для получения математических моделей процессов обезвоживания активного ила использовалась методика, приведенная в работе [13, с. 154-162]. Последовательность проверки воспроизводимости опытов, расчета коэффициентов регрессии, определения их значимости и адекватности полученных математических моделей рассмотрены в [10, с. 58].
Таблица 1. Доля Al2O3 % в коагулянте
Table 1. Proportion of Al2O3% in coagulant
Коагулянт | Характеристики | Содержание Al2O3, % |
Сульфат алюминия | ТУ 2013.41-04- 41654713-2014, высший сорт | 17,0 |
Хлорид железа «ФерАква-Аурат» | ТУ 2152-088-00205067-16 | 40,0 (FeCl3) |
Алюминий полиоксисульфат | ТУ 20.13.41-090-00205067-2017, технический очищенный | 16,0 |
Полиоксихлориды алюминия «ГранПАКС» | ТУ 20.59.59-092-00205067-2018 | 30±3,0 |
Алюминий хлоргидрат «ГранЭКО» | ТУ 2163-086-00205067-15 | 45,0÷51,0 |
«АкваАурат™-30» | ТУ 2163-069-00205067-2007, среднеосновный | 30±3,0 |
Таблица 2. Основные характеристики плана экспериментов
Table 2. The main characteristics of the experiment plan
Характеристика | Дк, мг/дм3 | Дф, мг/дм3 | Характеристика | Дк, мг/дм3 | Дф, мг/дм3 |
План эксперимента № 1 | |||||
Основной уровень | 100 | 100 | Верхний уровень | 200 | 200 |
Интервал варьирования | 100 | 100 | Нижний уровень | 0 | 0 |
Плана эксперимента № 2 | |||||
Основной уровень | 150 | 150 | Верхний уровень | 150 | 150 |
Интервал варьирования | 100 | 100 | Нижний уровень | 50 | 50 |
Таблица 3. Экспериментальные и расчетные значения удельного сопротивления осадка r × 10-10, см/г, в зависимости от дозы и типа коагулянта и флокулянта
Table 3. Experimental and calculated values of resistivity precipitation r × 10-10, sm/g, depending on the dose and type of coagulant and flocculantа
Доза реагентов, мг/дм3 | ПАА | ||||||
Дк | Дф | Аква-Аурат- 30 | Al поли-оксисульфат | FeCl3 | ГранПАКС | Гран-ЭКО | Al2(SO4)3 |
По плану эксперимента № 1 | |||||||
200 | 200 | 64,4 | 52,5 | 83,4 | 51,9 | 116,3 | 3104,5 |
0 | 200 | 80,1 | 81,3 | 80,1 | 80,1 | 80,1 | 394,5 |
200 | 0 | 26,6 | 35,9 | 45,0 | 29,1 | 29,4 | 67,7 |
0 | 0 | 43,7 | 45,2 | 42,0 | 45,5 | 45,2 | 88,6 |
b0 | 53,7 | 53,72 | 62,62 | 51,65 | 67,75 | 913,82 | |
b1 | -8,20 | -9,52 | 1,58 | -11,15 | 5,1 | 672,28 | |
b2 | 18,58 | 13,18 | 19,12 | 14,35 | 30,45 | 835,68 | |
b12 | 0,35 | -4,90 | 0,075 | -2,95 | 13,0 | 682,72 | |
-2,3 | -1,38 | 12,1 | 1,3 | 6,0 | 1,2 | ||
По плану эксперимента № 2 | |||||||
150 | 150 | 25,3 | 37,9 | 64,9 | 47,1 | 51,5 | 665,9 |
50 | 150 | 38,6 | 79,1 | 89,7 | 42,6 | 69,0 | 2161,3 |
150 | 50 | 20,4 | 10,5 | 11,6 | 10,3 | 10,0 | 13,3 |
50 | 50 | 13,7 | 10,2 | 12,4 | 72,1 | 13,6 | 23,6 |
b0 | 24,5 | 34,42 | 44,65 | 43,1 | 36,02 | 716,02 | |
b1 | -1,65 | -10,22 | -6,4 | -14,32 | -5,28 | -376,42 | |
b2 | 7,48 | 24,075 | 32,65 | 1,82 | 24,22 | 697,58 | |
b12 | -5,0 | -10,38 | -6,0 | 16,58 | -3,48 | -371,28 | |
4,5 | 2,4 | 5,1 | -0,13 | 4,6 | 1,8 | ||
Результаты исследований. В процессе обработки данных были получены коэффициенты уравнений математических моделей, описывающих процессы влагоотдачи в зависимости от вида вводимых реагентов, представленные в табл. 3. Проверка по критерию Кохрена показала, что опыты воспроизводимы, полученные коэффициенты уравнений регрессии значимы по критерию Стьюдента, а уравнений (1) – (12) в табл. 4 адекватны по критерию Фишера-Снедекора. Хорошая воспроизводимость представленных в табл. 4 расчетных формул (1) – (12) в натуральном виде показана в табл. 5 и 6.
Таблица 4. Характеристика процессов снижения удельного сопротивления избыточного активного ила реагентами
Table 4. Characteristics of the processes of reducing the resistivity of excess activated sludge by reagents
Коагулянт + ПАА | № плана эксперимента | № формулы | Математические модели процессов в неявном виде | Расчетная формула в явном виде |
Аква-Аурат-30 | 1 | 1 | r=53,7-8,2∙X1+18,58∙X2 | r=43,32-0,0819∙Дк+0,0185∙Дф |
2 | 2 | r=24,5-1,65∙X1+7,48∙X2-5,0∙X1∙X2 | r=-7,16+0,167∙Дк+0,3496∙Дф-0,002∙Дк∙ Дф | |
Алюминий полиоксисульфат | 1 | 3 | r=53,72-9,52∙X1+13,18∙X2-4,9∙X1∙X2 | r=45,16-0,0462∙Дк+0,1808∙Дф-0,00049∙Дк∙ Дф |
2 | 4 | r=34,45-10,22∙X1+24,08∙X2-10,38∙X1∙X2 | r=-34,78+0,2104∙Дк+0,8968∙Дф-0,004152∙Дк∙ Дф | |
Хлорное железо | 1 | 5 | r=62,62+1,58∙X1+19,12∙X2 | r=41,92+0,0158∙Дк+0,1912∙Дф |
2 | 6 | r=44,65-6,4∙X1+32,65∙X2-6,0∙X1∙X2 | r=-31,85+0,112∙Дк+0,893∙Дф-0,00244∙Дк∙ Дф | |
ГранПАКС | 1 | 7 | r=51,65-11,15∙X1+14,35∙X2-2,95∙X1∙X2 | r=45,5+0,082∙Дк+0,173∙Дф-0,000295∙Дк∙ Дф |
2 | 8 | r=43,1-14,32∙X1+1,82∙X2+16,58∙X1∙X2 | r=134,42-0,9496∙Дк-0,6267∙Дф+0,006632∙Дк∙ Дф | |
ГранЭКО | 1 | 9 | r=67,75+5,10∙X1+30,45∙X2+13,0∙X1∙X2 | r=45,17-0,079∙Дк+0,1748∙Дф+0,0013∙Дк∙ Дф |
2 | 10 | r=36,02-5,28∙X1+24,22∙X2-3,48∙X1∙X2 | r=-15,78+0,0336∙Дк+0,624∙Дф-0,001392∙Дк∙ Дф | |
Сульфат алюминия | 1 | 11 | r=913,82+672,28∙X1+835,68∙X2+682,72∙X1∙X2 | r=88,58-0,1044∙Дк+1,53∙Дф+0,06827∙Дк∙ Дф |
2 | 12 | r=716,02-376,42∙X1+697,58∙X2-371,28∙X1∙X2 | r=-1411,4+7,323∙Дк+28,8∙Дф-0,1485∙Дк∙ Дф |
Таблица 5. Влияние дозы реагентов на величину рН в неуплотненном ИАИ, обработанном реагентами ИАИ и в фильтрате
Table 5. The effect of the reagent dose on the pH value in uncompacted EAS treated with EAS reagents and in the filtrate
Дозы реагентов, мг/дм3 | Значения рН в исходном ИАИ после обработки ИАИ реагентами и в фильтрате ИАИ для сред, обработанных | |||||||||
Аква-Аурат-30 + ПАА | Алюминий полиоксисульфат + ПАА | Хлорное железо + ПАА | ||||||||
ДК | ДФ | ИАИ | скоагулированный ИАИ | фильтрат ИАИ | ИАИ | скоагулированный ИАИ | фильтрат ИАИ | ИАИ | скоагулированный ИАИ | фильтрат ИАИ |
По плану эксперимента № 1 | ||||||||||
200 | 200 | 6,98 | 7,06 | 6,91 | 6,10 | 6,15 | 6,20 | 6,34 | 6,00 | 5,97 |
0 | 200 | 7,03 | 7,00 | 6,98 | 6,10 | 6,20 | 6,30 | 6,00 | 6,10 | 6,20 |
200 | 0 | 6,96 | 6,97 | 6,98 | 6,54 | 6,30 | 6,14 | 5,9 | 5,88 | 5,86 |
0 | 0 | 7,27 | 7,18 | 7,10 | 7,00 | 7,00 | 7,05 | 6,98 | 7,00 | 7,00 |
b0 | 7,06 | 7,05 | 6,99 | 6,43 | 6,41 | 6,42 | 6,30 | 6,245 | 6,26 | |
b1 | -0,09 | -0,04 | -0,05 | -0,12 | -0,19 | -0,25 | -0,18 | -0,30 | -0,34 | |
b2 | -0,06 | -0,02 | -0,05 | -0,34 | -0,24 | -0,17 | -0,14 | -0,19 | -0,17 | |
b12 | 0,06 | 0,07 | 0,01 | 0,12 | 0,16 | 0,20 | 0,36 | 0,26 | 0,23 | |
По плану эксперимента № 3 | ||||||||||
150 | 150 | 7,10 | 7,07 | 6,95 | 6,16 | 6,27 | 6,37 | 5,93 | 5,85 | 5,95 |
50 | 150 | 6,89 | 6,92 | 6,95 | 6,25 | 6,31 | 6,36 | 5,88 | 5,72 | 6,00 |
150 | 50 | 6,90 | 7,00 | 6,97 | 6,25 | 6,30 | 6,34 | 6,00 | 5,95 | 5,94 |
50 | 50 | 6,86 | 6,91 | 6,92 | 6,70 | 6,50 | 6,70 | 5,75 | 5,76 | 5,94 |
b0 | 6,94 | 6,975 | 6,9475 | 6,34 | 6,34 | 6,44 | 5,89 | 5,82 | 5,96 | |
b1 | 0,06 | 0,06 | 0,01 | -0,14 | -0,06 | -0,09 | 0,08 | 0,08 | -0,01 | |
b2 | 0,06 | 0,02 | 0,00 | -0,14 | -0,06 | -0,08 | 0,02 | -0,04 | 0,02 | |
b12 | 0,04 | 0,015 | -0,01 | 0,09 | 0,04 | 0,09 | -0,05 | -0,02 | -0,01 | |
Таблица 6. Влияние дозы реагентов на величину рН в неуплотненном ИАИ, обработанном реагентами ИАИ и в фильтрате
Table 6. The effect of the reagent dose on the pH value in uncompacted EAS treated with EAS reagents and in the filtrate
Дозы реагентов, мг/дм3 | Значения рН в исходном ИАИ после обработки ИАИ реагентами и в фильтрате ИАИ для сред, обработанных | |||||||||
ГранПАКС + ПАА | ГранЭКО + ПАА | Сульфат алюминий + ПАА | ||||||||
ДК | ДФ | ИАИ | скоагулированный ИАИ | фильтрат ИАИ | ИАИ | скоагулированный ИАИ | фильтрат ИАИ | ИАИ | скоагулированный ИАИ | фильтрат ИАИ |
По плану эксперимента № 1 | ||||||||||
200 | 200 | 6,17 | 6,15 | 6,21 | 6,00 | 6,07 | 6,14 | 6,93 | 6,80 | 7,00 |
0 | 200 | 6,2 | 6,15 | 6,20 | 6,30 | 6,00 | 6,20 | 6,83 | 7,00 | 7,18 |
200 | 0 | 6,17 | 6,34 | 6,27 | 5,95 | 5,96 | 6,08 | 6,96 | 6,85 | 7,23 |
0 | 0 | 6,18 | 6,20 | 6,29 | 6,10 | 6,10 | 6,15 | 6,90 | 6,88 | 7,27 |
b0 | 6,18 | 6,21 | 6,24 | 6,08 | 6,03 | 6,14 | 6,90 | 6,88 | 7,17 | |
b1 | -0,01 | 1,00 | -0,00 | -0,11 | -0,018 | -0,03 | 0,04 | -0,06 | -0,06 | |
b2 | 0,01 | -0,06 | -0,04 | 0,06 | 0,00 | 0,03 | -0,02 | 0,02 | -0,08 | |
b12 | -0,01 | -0,04 | 0,00 | -0,04 | 0,05 | 0,00 | 0,01 | -0,04 | -0,035 | |
По плану эксперимента № 3 | ||||||||||
150 | 150 | 6,14 | 6,21 | 6,24 | 6,1 | 6,23 | 6,27 | 6,5 | 6,55 | 6,6 |
50 | 150 | 6,26 | 6,46 | 6,37 | 6,0 | 6,07 | 6,22 | 6,45 | 6,55 | 6,65 |
150 | 50 | 6,22 | 6,26 | 6,28 | 6,1 | 6,14 | 6,2 | 6,5 | 6,5 | 6,5 |
50 | 50 | 6,14 | 6,24 | 6,27 | 6,1 | 6,17 | 6,24 | 6,4 | 6,45 | 6,5 |
b0 | 6,19 | 6,29 | 6,29 | 6,07 | 6,15 | 6,23 | 6,46 | 6,51 | 6,56 | |
b1 | -0,01 | -0,06 | -0,03 | 0,02 | 0,03 | 0,00 | 0,04 | 0,01 | -0,01 | |
b2 | 0,01 | 0,04 | 0,02 | -0,02 | -0,00 | 0,01 | 0,01 | 0,04 | 0,06 | |
b12 | -0,05 | -0,07 | -0,04 | 0,02 | 0,05 | 0,02 | -0,01 | -0,01 | -0,01 | |
Анализ данных, приведенных в табл. 3, показал, что в области изменения концентрации вводимого в ИАИ флокулянта от 0 до 200 мг/дм3 удельное сопротивление осадка находилось в прямо пропорциональной зависимости от его дозы. Подобная зависимость с остаточной величиной r в этой области изменения дозы коагулянтов была только у FeCl3 , ГранЭКО и Al2(SO4)3, а обратно пропорциональной – для коагулянтов: Аква-Аурат-30, алюминий полиоксисульфат и полиоксихлорид алюминий «ГранПАКС»
Влияние ПАА на процесс изменения удельного сопротивления неуплотненного ИАИ было больше, чем влияние коагулянтов для всех сочетаний коагулянтов с ПАА. Например, для сочетаний «Аква-Аурат-30 / ПАА» примерно в 2,3 раза; для «полиоксисульфат Al / ПАА» – в 1,4 раза; для «FeCl3 / ПАА» – в 12,1 раза; для «ГранПАКС / ПАА» – в 1,3 раза; для «ГранЭКО / ПАА» ‒ в 6 раз; для «Al2(SO4)3 / ПАА» – в 1,2 раза (см. табл. 3, строку |b2/b1| ). Сравнение второй и третьей строк матрицы планирования № 1 показывает, что остаточная величина удельного сопротивления осадка (УСО) была меньше при соотношении Дк / Дф = 200 / 0, чем при соотношении 0 / 200 для всех исследованных коагулянтов.
Опыты по плану экспериментов № 2 показали, что в диапазоне изменения независимых факторов Дк и Дф от 50 до 150 мг/дм3 удельное сопротивление ИАИ уменьшалось с увеличением Дк и увеличивалось с ростом вводимой дозы ПАА (см. соответственно знаки при коэффициентах b1 и b1). Причем степень влияния флокулянта на изменение остаточной величины r в осадке была больше, чем коагулянта, в несколько раз (см. строку |b2/b1| в матрице № 2). Сравнение значений второй и третьей строк матрицы планирования № 2 показывает, что и в диапазоне изменения независимых факторов Дк и Дф остаточная величина УСО была меньше при соотношении Дк / Дф = 150 / 50, чем при соотношении 50 / 150 для всех исследованных коагулянтов.
Значимость коэффициентов b12 при взаимодействующих факторах всех сочетаний «коагулянт + ПАА» указывает на то, что функция отклика исследуемых математических моделей Y = f(Дк, Дф) адекватно описывается не плоскостью, а полуквадратичной формой (сферой), у которой значение коэффициента b0 не соответствует фактическому значению функции отклика в центре плана эксперимента. Анализ осредненных экспериментальных данных по четвертой строке табл. 3 (по плану № 2) показал, что минимальное значение удельного сопротивления ИАИ (10,2÷13,7)×10-10 см/г имело место при обработке ИАИ полиакриламидом и коагулянтом дозой 50 мг/дм3 в экспериментах с использованием коагулянтов: «Аква-Аурат-30», «Алюминий полиоксисульфат», «FeCl3» и «ГранЭКО». Повышение дозы флокулянта (строка 2 по плану № 2) увеличивало значение УСО для всех сочетаний исследованных коагулянтов с ПАА.
В четвертой графе табл. 4 приведены уравнения (1) – (12), описывающие математические модели исследуемых процессов, представленные в неявном виде. Для практических технологических расчетов эти уравнения были переведены в явный вид. По уравнениям (1) – (12) в явном виде были построены зависимости r = f(Дк, Дф) в виде изолиний. Для иллюстрации здесь приведены графики только для коагулянтов: «Аква-Аурат-30», «Алюминий полиоксисульфат», «FeCl3» и «ГранЭКО» (рис. 1 – 4) в области изменения концентрации вводимых в ИАИ коагулянтов и ПАА от 50 до 150 мг/дм3.
Представленные графики подтверждают, что процесс максимального снижения удельного сопротивления неуплотненного избыточного активного ила, вероятно, целесообразнее вести коагулянтами: «Аква-Аурат-30», «Алюминий полиоксисульфат», «FeCl3» и «ГранЭКО» дозой 50 мг/дм3 и флокулянтом ПАА дозой 50 мг/дм3.
Параллельно с исследованием технологии реагентного обезвоживания неуплотненного избыточного активного ила фиксировалось и изменение величины рН в исходном ИАИ после обработки его соответствующими реагентами и в фильтрате ИАИ (табл. 5 и 6). Анализ этих данных показывает, что по планам эксперимента № 1 и № 2 значение показателя рН в центре плана (см. величину ) уменьшалось в скоагулированном ИАИ и увеличивалось в его фильтрате за исключением случая, когда в качестве коагулянта использовался Аква-Аурат-30. На изменение величины рН бо′льшее влияние оказывала доза коагулянта, чем доза флокулянта при использовании Аква-Аурат-30, , ГранПАКС, ГранЭКО и Al2(SO4)3 (см. значения коэффициентов b1 и b2 по модулю в опытах по плану № 1), а в опытах по плану № 2 – при использовании Al2(SO4)3 флокулянт оказывал бо́льшее влияние на pH. При использовании алюминий полиоксисульфата в соотношении с ПАА при дозах от 50 до 150 мг/дм3 оказывали равномерное влияние на pН, при дозах больше 150 мг/дм3 влияние флокулянта pН становилось больше. Было установлено, что в исследованном диапазоне для практической технологии реагентного обезвоживания ИАИ доза вводимых реагентов не оказывает существенного влияния на величину рН.
Выводы
- Изучено изменение удельного сопротивления избыточного неуплотненного активного ила от доз коагулянта (Дк) и флокулянта (Дф). Получены математические модели процесса обезвоживания ИАИ в виде уравнения r = f(Дк, Дф) в неявном виде или в виде изолиний в явном виде.
- Было установлено, что обработка исследуемого осадка полиакриламидом дозой больше 50 мг/дм3 оказывает негативное влияние на степень обезвоживания ИАИ. Степень влияния ПАА на удельное сопротивление ИАИ было больше, чем влияние коагулянтов, в 1,2 – 12,1 раза, кроме варианта использования коагулянта ГранПАКС.
- Минимальное значение удельного сопротивления неуплотненного ИАИ (10,2–13,7)×10-10 см/г имело место при его обработке реагентами дозой 50 мг/дм3 флокулянтом ПАА и коагулянтами «Аква-Аурат-30», «Алюминий полиоксисульфат», «FeCl3» и «ГранЭКО». В зоне доз реагентов от 50 до 150 мг/дм3 (план № 2) более перспективным оказалось применение в качестве коагулянтов: «Алюминий полиоксисульфат» и FeCl3 с r ≈ (10,2–12,4)×10-10 см/г.
- Установлено, что величина рН в ИАИ могла изменяться в пределах 5,9 – 7,27, после добавления реагентов происходило подкисление ИАИ до значения рН 5,88 – 7,18, а в фильтрате ‒ до 5,86 – 7,10. Показано, что в исследованном диапазоне для практической технологии реагентного обезвоживания ИАИ доза вводимых реагентов не оказывает существенного влияния на величину рН.
- Процесс максимального снижения удельного сопротивления неуплотненного избыточного активного ила целесообразнее вести коагулянтами: «Алюминий полиоксисульфат» и FeCl3 дозой до 50 мг/дм3 совместно с флокулянтом ПАА дозой 50 мг/дм3.
About the authors
Viktor Iv. Kichigin
Samara State Technical University
Email: kichigin.viktr@rambler.ru
Doctor of Engineering Sciences, Professor, Professor of the Water Supply and Sanitation Chair
Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya st., 244Alexander Al. Yudin
Samara State Technical University
Author for correspondence.
Email: alex.udin1996@mail.ru
Engineer of the Water Supply and Sanitation Chair
Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya st., 244References
- RAS. Siberian scientists have found a way to usefully dispose of sewage sludge. Available at: https://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?_language=ru&id=3d297d0f-94e8-43bc-aae6-b825db336c9d (accessed 06 June 2024).
- Vambol V., Kowalczyk-Juśko A., Jóźwiakowski K., Mazur A., Vambol S., Khan N. A. Investigation in Techniques for Using Sewage Sludge as an Energy Feedstock: Poland’s Experience. Ecological Questions. 2023. N34(1). P. 2‒12. doi: 10.12775/EQ.2023.007
- Kominko H, Gorazda K, Wzorek Z. Effect of sewage sludge-based fertilizers on biomass growth and heavy metal accumulation in plants. Environ Manage. 2022. N. 305. doi: 10.1016/j.jenvman.2021.114417
- Kravtsova M., Charikov Yu., Volkov D., Melnikova D., Pustovitova T., Kravtsov M. Study of sewage sludge for obtaining organomineral fertilizer. Jekologija i promyshlennost’ Rossii [Ecology and industry of Russia], 2023, №27(4), pp. 17‒21. (in Russian) doi: 10.18412/1816-0395-2023-4-17-21
- Chulkova I.L., Smirnova O.E., Krasova A.V. Use of sewage sludge in the concrete industry. Rossijskij zhurnal avtomobil’noj i shossejnoj promyshlennosti [Russian Journal of Automobile and Road Industry], 2021, no. 18(5), pp. 566‒575. (in Russian) DOI: https:10.26518/2071-7296-2021-18-5-566-575
- Kichigin V.I., Palagin E.D. Obrabotka i utilizacija osadkov prirodnyh i stochnyh vod [Natural and wastewater sludge treatment and disposal]. Samara, SGASU, 2008. 204 p.
- Rublevskaya O.N., Krasnopeev A.L. Experience in implementation of modern technologies and methods of sewage sludge treatment. Vodosnabzhenie i sanitarnaja tehnika [Water supply and sanitary equipment], 2011, no. 4, pp. 65–69. (in Russian)
- Namyak D.E., Zubko A.L., Shtonda Yu.I. Dewatering of sediments at the sewage treatment plant in Simeiz. Vodosnabzhenie i sanitarnaja tehnika [Water supply and sanitary equipment], 2008, no. 12, pp. 40–43. (in Russian)
- Kichigin V.I., Yudin A.A. Study of dependence of sediment resistivity on its humidity and initial concentration of bentonite turbidity. Gradostroitel’stvo i arhitektura [Urban planning and architecture], 2023, vol. 13, no. 2, pp. 22‒30. (in Russian) doi: 10.17673/Vestnik.2023.02.04
- Kichigin V.I., Yudin A.A. Experimental and statistical models of moisture recovery of compacted excess activated sludge treated with reagents. Vodosnabzhenie i sanitarnaja tehnika [Water supply and sanitary equipment], 2023, no. 11, pp. 55–60. (in Russian) doi: 10.35776/VST.2023.11.08
- Bondar A.G., Statiukha G.A. Planirovanie jeksperimenta v himicheskoj tehnologii (osnov-nye polozhenija, primery i zadachi) [Planning of experiment in chemical technology (basic provisions, examples and tasks)]. Kiev, Vischa School, 1976. 183 p.
- Sautin S.A. Planirovanie jeksperimenta v himii i himicheskoj tehnologii [Planning an experiment in chemistry and chemical technology]. Leningrad, Chemistry, 1975. 48 p.
- Kichigin V.I. Modelirovanie processov ochistki vody [Modeling of water treatment processes]. Moscow, DIA Publishing House, 2003. 203 p.
Supplementary files
