Все авторефераты докторских диссертаций
Комплексные системы биотехнологической обработки жидких органосодержащих отходов предприятий АПК
Автореферат докторской диссертации
а На правах рукописи
КАДЫСЕВА
Анастасия Александровна
КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ
аОТХОДОВ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК
03.01.06 - биотехнология (в том числе бионанотехнологии)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Щелковоа - 2012
Работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности Россельхозакадемии и ГБОУ ВПО Московская академия коммунального хозяйства и строительства
Научный консультант: адоктор технических наук, профессора Лауреат премии Правительства РФа Павлинова Ирина Игоревн
Официальные оппоненты: Дадасян Артур Яшарович доктор технических наук,а ГНУ Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности;
Тихонов Игорь Владимирович доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина;
Акопян Валентин Бабкенович доктор биологических наук, профессор, ОАО ГосНИИсинтезбелок, заведующий отделом технологии биосинтеза.
Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, гигиены и экологии |
|
аЗащита состоится 11 мая 2012г в 10 часов на заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук Д 006.069.01 при Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте биологической промышленности по адресу: 141142, Московская область, Щелковский район, пос. Биокомбината, д. 17, аВНИТИБП, E-mail:vnitibp@mail.ru.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности
Автореферат разослан ла апреля 2012г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат биологических наука Фролов Ю.Д.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Наиболее перспективным направлением работ в области совершенствования существующих систем обработкиа органосодержащих отходов является разработка комплексных систем, позволяющих сочетать эффективные конструкторско-технологические решения в едином производственном цикле. Как установлено исследованиями последних лет, применение комбинированных биологических систем может обеспечить получение максимального эффекта, т.к. они позволяют использовать преимущества различных по своей природе технологических и конструктивных решений и на этой основе добиться получения наивысшей производительности, максимального качества очистки и минимальных экономических затрат. Существенный вклад в развитие биологическиха методов обработки органосодержащих отходов внесли: С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Е.И. Гюнтер, И.И. Павлинова, Ю.В. Воронов, И.В. Скирдов, В.Н. Швецов, М.А. Евилевич, Р.Ш. Непаридзе, С.М. Шифрин, Ю.Ф. Эль, Т.А. Карюхина,а И.Н. Чурбанова, А.А. Денисов и другие. Разработка эффективных промышленных технологий обработки жидких отходов требует проведения широких экспериментальных и теоретических исследований физико-химических и микробиологических процессов, как в лабораторных, так и в производственных условиях. По результатам научно-исследовательских работ представляется возможность создания технологических моделей комплексной биологической обработки, обеспечивающих возможность надежного прогнозирования характеристик и создания наиболее рациональных и эффективных конструктивно-технологических схем очистных сооружений.
Диссертационная работа выполнялась на полупромышленных установках и промышленных объектах, а также в отделе производственной санитарии и охраны окружающей среды ВНИТИБП РАСХН и лаборатории кафедры Коммунального и промышленного водопользования МГАКХиС в соответствии с планами государственной тематики (ИК №02201158629; РК №01201169494).
Цель и задачи исследований
Целью настоящей работы являлась разработка моделей комплексной технологической системы биологической обработки жидких отходова при различных составах и нагрузках на активный ил.
При выполнении работы были поставлены следующие задачи:
- разработка математических моделей процессов обработки сточных вод в трехфазных псевдоожиженных системах с использованием расчетных и эмпирических коэффициентов, получаемых по результатам экспериментальных работ на физических моделях в лабораторных условиях; сравнение результатов прогнозирования и экспериментальных данных с целью определение степени их корреляции между собой;
-аа модификация существующих математических моделей процессов аэробной обработки и создание обобщенной модели активно-иловых процессов, обеспечивающей возможность моделирования системы и позволяющей прогнозировать функционирование отдельных технологических элементов, входящих в состав комплекса обработки сточных вод различного состава;
- экспериментальные исследования процессов аэрации и усвоения субстрата в реакторах с иммобилизованной биопленкой, разработка на этой основеа математических моделей обработки сточных вод и сравнение математических прогнозов с экспериментальными данными;
- разработка погружных комбинированных систем обработки сточных вод с рециркуляцией активного ила с биопленками, нагруженными высоко- и низко концентрированными сточными водами;
Научная новизна
1. Впервые разработаны математические модели процессов обработки сточных вод в трехфазных псевдоожиженных сисемах, базирующиеся на двух принципиально отличных методах определения коэффициента массопередачи веществ через биопленку: с помощью диссипации энергии и среднеквадратичных отклонений скорости потока жидкости. Сравнение результатов прогнозирования с помощью этих методов с экспериментальными данными испытаний показали, что полученные математические модели достаточно точно описывают процессы массопередачи, причем модель, базирующаяся наа среднеквадратичных отклонениях скорости потока, является более корректной, чем модель, базирующаясяа на скорости диссипации энергии.
2. Впервые научно-обосновано и экспериментально доказано, что комплексное применение псевдоожиженного слоя в активно-иловых реакторах аэробного типа является перспективным направлением развития и совершенствования систем аэробной биологической очистки, обеспечивающим как повышение качества очистки, так и достижение высокого технико-экономического эффекта в строительстве и эксплуатации.
3. Впервые при разработке математической модели аэробного биологического процесса был использован метод фрагментации доминирующих показателей загрязнений входного ХПК на три фракции:
- биодеградируемую (включающую растворы и частицы);
- небиодегрдируемые растворы;
- небиодеградируемые частицы;
Это позволило при разработке модели рассматривать: растворимые и дисперсные биодеградируемые фракции как единую фракцию; растворимую небиодеградируемую фракцию как проходящую через реактор без изменения; твердую небиодеградируемую фракцию, аккумулирующуюся в иле и сбрасываемую вместе с ним в течение суточного цикла обработки.
На основе многократной модификации существующих математических моделей процессов усвоения субстрата и массопередачи кислорода и применения эмпирических коэффициентов, полученных по результатам экспериментов, разработан ряд обобщающих технологических моделей, обеспечивающих комплексное прогнозирование результатов обработки сточных вод;
4. На основе комплекса проведенных экспериментальных работ разработана ряд математических моделей, описывающих концентрацию иммобилизованной биомассы, усвоение субстрата в биопленке, массопередачу кислорода, аэрацию и усвоение субстрата в реакторе с прикрепленной биопленкой, приведено сравнение результатов прогнозирования и экспериментальных данных.
5. Разработаны практические рекомендации по выбору характеристик реакторов с погружной прикрепленной биопленкой, функционирующие на сильно- и слабозагрязненных сточных водах, а также рекомендации по разработке комбинированных систем обработки сточных вод с рециркуляцией активного ила.
Практическая ценность
Работа охватывает широкий диапазон технологических и конструктивных решений, включающих обработку в условиях псевдоожиженных слоев, аэробную обработку активным илом в суспендированном и иммобилизованном состояниях бактериальной массы, анаэробную обработку сточных вод и осадков, комбинированную обработку жидких отходов, обеспечивающую возможность оптимального использования возможностей различных технологий в пределах единого производственного цикла.
Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных иа экспериментальных исследований аэробных, аноксических и анаэробных систем обработки органосодержащих отходов и позволяют с высокой степенью надежности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих систем биологической очистки сточных вод и обработки осадков очистных сооружений. Разработанные рекомендации и предложения подтверждены материалами теоретических и экспериментальных работ, показавших высокую степень сходимости, чтоа обеспечивают возможность их надежного использования в производственных условиях с учетом особенностей конкретных видов сточных вод и характеристик очистных сооружений.
Апробация работы
На основании проведенных исследований разработаны:
1. Основы технологического регламента сооружений аэробной биологической очистки (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 15.09.2005г.)
2. Научно-методические рекомендации по оптимизации гидродинамических процессов в аэрируемых сооружениях биологической очистки высоконагруженных сточных вод предприятий агропромышленного комплекса (Утв. ВНИТИБП РАСХН, 15.12.2006г.),
3. Научно-методическое руководствоа по созданию комплексной системы биологической обработки жидкиха органосодержащих отходов (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 15.09.2008г.)
4. Научно-методическое руководство по созданию комплексной системы биологической обработки жидких органосодержащих отходов.а (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 15.09.2009г.)
5. Методическое руководство по моделированию процессов массопередачи кислорода и усвоения субстрата в барботажных реакторах с иммобилизованной билопленкой. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 15.09.2011г.)
Результаты и материалы выполненной работы использованы ГУП МосводоканаНИИпроект при проектировании очистных сооруженийа г.Владивостока и при разработке проекта Экспериментальный блок комплексной очистки Курьяновских очистных сооружений г. Москва. Кроме того, результаты работы были использованы ЗАО Водоснабжение и водоотведение г. Москва при проектно-конструкторских работах на станции биологической очистки сточных вод (СБОС) г. Якутска, аОАО Водоканал г. Ишим при реконструкции производственных очистных сооружений, ОАО Тюмень Водоканал и ОАО Сибгипрокоммунводоканал.
Материалы диссертационной работы доложены на ряде Международных и Российских научных и научно-практических конференций: Региональной научной конференции молодых ученых аграрных вузов Сибирского федерального округа, Омск, 2003; Международной научно-практической конференция Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов г. Щелково, 2006; Научно-технической конференции студентов, аспирантов и преподавателей МИКХиС Современные проблемы инженерных систем и экологии городов и населенных пунктов, Москва 2006; 5-й Международной конференции Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России, Пенза, 2007; Международном научно-техническом форуме Реализация Государственной программы развития рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы перспективы,а Омск-2009; Международной научно-практической конференции - Омского государственного аграрного университета, Омск, 2009; Международной научно-практической конференции Водоснабжение и водоотведение мегаполиса, Москва, 2009; Международной научной конференции Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов, Щелково, 2009;а VIII-й Международной научной конференции Качество внутреннего воздуха и окружающей среды,а Самарканд; Международном водном форуме Экватек-2010 Модернизация сооружений очистки сточных вод, Москва, 2010 г; II-й Международной науч.-практ. конф. памят. акад. РАН и РААСН С.В. Яковлева, Водоснабжение и водоотведение мегаполиса, Москва, 2011; V Международной науч.-практ. конф. Мониторинг экологически опасных промышленных объектов и природных экосистем, Пенза, 2011; II-й Международной науч.-практ. конф. Проблемы демографии, медицины и здоровья населения России: история и современность. Пенза, 2011; аВсероссийской научной конференции с международным участием ЭКОБИОТЕХ посвященнойаа 60 летию ин-та Биологии Уфимского научного центра РАН, УФА 2011; II-й Международной науч.-практ. конф. Строительная индустрия: вчера, сегодня, завтра.а Пенза, а2011.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 263 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунков, 13 таблицы и 8 приложений. Библиография включает 220 наименования, из которых 88 на иностранных языках.
Содержание работы
Обзор литературы, посвященный анализу современного состояния вопроса по теме работы, приведен в главе 1. Показано, что применяемая уже длительное время биологическаяа очистка сточных вод получает все более широкое распространение. Она имеет ряд существенных преимуществ, т.к. при благоприятных условиях достигается высокая степень очистки сточных вод и приемлемые технико-экономические показатели по затратам на строительство и эксплуатацию очистных сооружений. Вместе с тем такая очистка в ряде случаев именет низкую эффективность и недостаточную надежность из-за плохой осаждаемости активного ила во вторичных отстойниках, связанной соа вспухаемостью активного ила. Накопленные к настоящему времени научные данные позволянют расширить область надежного практического использования рассматриваемого вида биологической очистки сточных вод путем коплексирования ее с другими видами обработки, основанными на иных физико-химических принципах. К числу таких прогрессивных методов обработки жидких стоков относятся: обработка в псевдоожиженном слое многофазных реакторов, усвоение субстрата биопленкой, иммобилизованной на неподвижных и подвижных носителях, применение погружных биологических аэрируемых фильтров с загрузкой,. Наиболее перспективным представляется применение комбинированных систем обработки, сочетающих различные виды очистки в едином производственном цикле, например, биофильтрацию на загрузке и активно-иловую обработку в суспензии, аэробную обработку в погружном фильтре с последующим осветлением в отстойнике. Внедрение новых, более совершенных методов обеспечит разработку систем с большей биологинческой активностью, проектирование более компактных и энергоемких аппаратов, а возможность оптимального управления микробиологическими и биохимическими механизмами процессами промышленной обработки и утилизации сточных вод
В главе 2 дано описание объектов исследования и приведены методы исследований и обработки их результатов, использованные при проведении работы. Экспериментальные исследования проводились на физических моделях (лабораторных и пилотных установках) периодического и непрерывного действия с использованием иммобилизованной микрофлоры на различного вида поверхностях-носителях. На действующих очистных сооружениях были смонтированы установки, содержащиеа блоки аэробной, аноксической и анаэробной обработки, выполненные с учетом технологического масштабирования, обеспечивающие получениеа реальных технологических параметров и позволяющие провести комплекс экспериментальных исследований процессов биологической обработки сточных вод.а Применение экспериментальных установок позволило не только отработать основные технологические параметры, закономерности протекания и действующую микрофлоруа аэробных процессов, но и провести сравнительные исследования различных комбинацийа технологических схем различных видов обработки как высоко-, так и слабозагрязненных органосодержащих отходов. При проведении экспериментов использовались общепринятые методики физико-химических и микробиологических исследований,а описанные в официальных изданиях. В процессе исследований применялись современные методы идентификации микроорганизмов, изучения их морфологических свойств, бактериальных структур и физиологического состояния биомассы с помощьюа современной оптической и электронной микроскопии. Культуральные среды, биомасса активного ила и иммобилизованные биопленки, участвующие в процессах обработки, исследовались по физико-химическим, биохимическим и микробиологическим показателям, что позволило определять последовательность и динамику протекания процессов биологической трансформации в различных условиях функционирования биомассы активного ила и биопленки. Использование современных методов научных исследованийа позволилоа определить влияние на технологические процессы различного рода внутренних и внешних воздействийа и оценить эффективность предлагаемых технологических и конструктивных решений.
Исследование механизма размножения микроорганизмов дало возможность выбрать математическую модель, полностью охватывающую кривую роста микроорганизмов, состоящую в основном иза фазы экспоненциального роста и фазы затухания. Анализ существующих научных концепций показал, что в основе представлений о причинах отмирания микроорганизмов на заключительной стадии очистки существует две основные гипотезы. По одной гипотезе переход микроорганизмов в фазу замедленного роста обусловлен истощением основного субстрата, по другой - прекращение формирования биомассы связано с повышением концентрации ингибиторов в процессе роста микроорганизмов.
Часть работы посвящена исследованию путей оптимального объединения систем, работающих на различных принципаха функционирования биомассы в аэрационных сооружениях. Обобщение полученных материалов показало, что комбинированные системы имеют ряд преимуществ перед изолированными по сопротивляемости к ударным нагрузкам, гибкости процесса и удобству управления.
Особенности объектов, материалов и методов, применяемых при выполнении отдельных специфических разделов настоящей работы, приведены ниже в соответствующих разделах.
Приведенные в настоящей работе данные по высокой корреляции экспериментальных и расчетных данных исследований свидетельствуют о корректности и эффективности использования применяемых методик для достижения поставленных научно-исследовательских задач.
В главеа 3 приведены результатыа исследований процессов обработки сточных вод в трехфазных псевдоожиженных биологических системах. Экспериментальные исследования процессов обработки сточных вод показали, что на массоперенос субстрата и кислорода в многофазной системе значительное влияние оказывает форма, размеры и скорость всплывания воздушных пузырей. Влияние размеров пузырей на их форму проявляется в виде изменения полярных углов - с увеличением диаметра пузырей их полярные углы либо возрастают (при малых скоростях жидкости), либо уменьшаются (при высоких скоростях жидкости). При этом, более высокие скорости ожижения приводят к вытягиванию пузырей при их подъеме по вертикальному направлению, что уменьшает полярный угол пузырей, способствуя их разбиванию на более мелкие фрагментарные газовые объемы.
Увеличение расхода газа сопровождается ростом объема пузырей и возрастанием скорости их подъема в псевдоожиженном слое, что приводит ка изменению их формы и размеров и дополнительному стимулированию скорости подъема, а значит - к сокращению времени пребывания пузырей ва псевдоожиженном слое. По мере увеличения протяженности траектории контакта (длина пути пузырей) объемный коэффициент массопереноса кислорода и реальные межфазовые площади пузырей уменьшаются и практически стабилизируются на высоте псевдоожиженного слоя около 100 см. Стабилизация процесса массопередачи кислорода связана с тем, что за пузырьками, имеющими форму сферического сегмента, образуются турбулентные струи. В результате нестационарный массоперенос между дном пузыря и жидкостью турбулентного потока постепенного устанавливается до момента появления равенства между количеством газа, перенесенного пузырем и турбулентным потоком.
Полученные в этом случае коэффициенты массопереноса являются приемлемыми для практики, т.к. они содержат результаты исследования стационарного переноса, составляющего 95% переноса газа заа период всплывания пузырей в колонне. Перенос газа в начальный период отрыва и формирования пузырей является кратковременным и им можно пренебречь.
Скорость адсорбции твердых частиц загрязнений также увеличивается с увеличением скорости псевдоожижения. При снижении вязкости слоя иа увеличении турбулентности потока жидкости вокруг пузырей имеет место рост коэффициента переноса кислорода, реальной площади поверхности пузырей и скорости псевдоожиженной жидкости. При этом коэффициенты массопереноса увеличиваются с увеличением эквивалентного сферического диаметра пузырей в меньшей степени, чем скорости их движения, т.к. фронтальные размеры и поверхности пузырей растут более быстро.
Теория пограничного слоя дает очень близкие значения числа Шервурда при движении жидкости вокруг сферических сегментов различной эксцентричности при различных расходах газа, что свидетельствует оа линейной зависимости термопластичности псевдоожиженного слоя от скорости жидкости.
Таким образом, были установлены закономерности формирования и подъема газовых пузырей в псевдоожиженном реакторе и определены зависимости объемных коэффициентов массопереноса газа от размеров (объема, диаметра и формы) газовых пузырей и расхода (скорости) и турбулентности псевдоожиженной среды.
Полученные модели процессов диффузионного обмена жидкой и газовой сред с высокой степенью корреляции отражают реальные процессы массопереноса в псевдоожиженных системах очистки сточных вод.
Определение взаимосвязей между коэффициентами массопередачи кислорода и характеристиками турбулентности потоков в аэротенке могут быть определены с помощью двух параметров, характеризующих степень турбулентности: диссипации турбулентной энергии (при низких скоростях движения газожидкостной пленки) и квадратичных отклонений скоростей потокаа (при высоких скоростях движения газо-жидкостной пленки).
Задача работы состояла в выяснении, какой вид турбулентных параметров в наилучшей степени характеризует механизм передачи кислорода через поверхность вода-воздух.
Коэффициент передачи кислорода зависит от физических свойств жидкой и газовой сред и характеризует турбулентность газожидкостного потока.
Для оценки влияния турбулентности были использованы функции, определяющие распределение времени формирования поверхностей раздела фаз, которые выражаются через скорость обновления поверхностей раздела фаз.
Скорость передачи кислорода через поверхность раздела фаз может быть выражена в виде уравнения:
а аа(1)
где
VO2 - скорость передачи кислорода в единицу времени через единицу поверхности;
m - суммарная масса кислорода в объеме жидкости;
A - поверхность, через которую происходит передача кислорода
KL - коэффициент передачи кислорода через поверхность раздела фаз;
CS - концентрация кислорода на поверхности газ-жидкость;
C - концентрация кислорода в объеме жидкости.
Коэффициент передачи кислорода КL зависит от характеристик турбулентности потока и от физических свойств жидкой иа газовой фаз. Для того, чтобы оценить влияние турбулентности была применена функция, определяющая распределение времени формирования поверхностей раздела фаз.
Скорость обновления поверхности зависит от режима турбулентности иа эта взаимосвязь используется для определения коэффициента передачи кислорода. На основе гипотезы Колмогорова выявлены следующие соотношения между скоростью обновления и коэффициентом передачи кислорода:
а а(2)
а аа(3)
где
? Ца вязкостная диссипация турбулентной энергии в единицу времени на единицу массы жидкости;
? - кинематическая вязкость жидкости.
Другая взаимосвязь между коэффициентом передачи кислорода и вязкостной диссипацией энергииа может быть получена из следующих соображений. При условии, когда имеет место обновление поверхностей раздела фаз, энергия вязкостной диссипации превалирует над силами поверхностного натяжения и будут справедливы следующие уравнения:
(4)
а(5)
где
? - плотность жидкости;
? - поверхностное натяжение жидкости.
Эти соотношения констатируют то, что вязкостная диссипация энергии являетсяа фактором, управляющим скоростью передачи кислорода.
С другой стороны, на основе анализа получено соотношение между коэффициентом передачи кислорода и среднеквадратичным отклонением скорости потока в виде:
(6)
где ?` - среднеквадратичное отклонение скорости потока.
Соотношение между коэффициентом передачи кислорода и среднеквадратичным отклонением скорости потока может быть получено при условии, что турбулентная энергия, которая в основном ответственна за перенос кислорода, не рассеяна вязкостными силами, а является энергией, индуцирующей движение частиц воды. 
Выражение для турбулентной энергии, которая инициирует движение элемента воды, имеет вид:
а(7)
На втором этапе было произведено сравнение результатов расчета с помощью приведенных выше 4-х математических моделей (3, 5, 6, 7) с экспериментальными данными, полученными на физических моделях ва лабораторных испытаниях.
Экспериментально получены зависимости коэффициента передачи кислорода от скорости вращения турбулизаторов,а скорости диссипации энергии, средеквадратичных отклонений скорости потока, от температуры воды.
Сравнение методов оценки коэффициентов передачи кислорода в зависимости от турбулентности в аэротенке, один из которых базируется на среднеквадратичных отклонениях скоростей потока, второй на скорости диссипации энергии было проведено на основе экспериментальных данных и показало, что модель, базирующаяся на среднеквадратичных отклонениях скорости потока, является более корректной, чем модель, основная на скорости энергии диссипации.а Из сравнения расчетных и экспериментальных данных следует, что полученные математические модели достаточно точно описывают процессы массопередачи кислорода, причем модель, описываемая уравнением (7), является наиболее предпочтительной с точки зрения ее сходимости с экспериментом
На основании полученных расчетно-экспериментальных данных показано, что применение технологии псевдоожиженного слоя позволяет объединить лучшие черты таких процессов как биофильтрация, обеспечивающая эффективное прикрепление, и активно-иловая обработка, характеризующаяся простотой, надежностью и экономичностью управления и строительства. В отличие от традиционных аэротенков реакторы с псевдоожиженным слоем позволяют до минут сократить время пребывания смеси сточной воды и ила, значительно уменьшить объемы очистных сооружений и снизить уровень затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений. С другой стороны, в отличие от биофильтров, реакторы с псевдоожиженным слоем в полном объеме реализуют механизм удаления твердых частиц загрязнений. При регулировке выводимой из аэротенка с псевдоожиженным слоем очищенной воды оторвавшаяся биопленка обеспечивает возможность эффективного управления процессом биологической обработки сточной воды активным илом.
Как показали экспериментальные исследования, оптимальное сочетание положительных качеств псевдоожиженных систем и селекции доминирующих видов бактерий в соответствии с составом концентрированных обрабатываемых стоков и концентрацией растворенного кислорода, обеспечивают достижение качества очистки по концентрациям взвешенных веществ до 0,2 мг/л, что составляет 99% от исходного уровня загрязнений в условиях эксперимента.
Впервыеа на теоретическом и практическом уровне доказано, что комплексное применение псевдоожиженного слоя в реакторах аэробного типа является перспективным направлением развития и совершенствования систем аэробной биологической очистки, обеспечивающим как повышение качества очистки, так и достижение высокой технико-экономической эффективности строительства и эксплуатации.
Глава 4 посвящена моделированию процессов аэробной обработки сточных вод активным илом путем создания общей модели, основанной на модификации ряда существующих моделей с учетом особенностей, выявленных при проведении исследований функционирования клеточных структур.
Первостепенная задача создания корректной математической модели процессаа состоит в том, чтобы она учла все особенности реального процесса на основе экспериментальных данных, отражающих его протекание в условиях производства.а В нашем случае моделирование процесса состояло в том, чтобы, используя концепцию удельной скорости роста микроорганизмов:
а а(8)
модифицировать ее по отношению к явлениям, установленным при проведении специально поставленных экспериментов (потреблению субстрата, запасанию субстрата и некоторым другим). Разработка модели продолжалась до тех пор, покаа не была получена окончательная модель, дающая приемлемую корреляцию с экспериментальным данными.
Разработка общей модели производилась на основе комплексаа экспериментальных исследований при постоянной и циклической нагрузках активно-иловых процессов, включающих в том числе процессы нитрификации.
В экспериментальных исследованиях, использующих сырую (необработанную) воду, были использованы суточные циклические волнообразные условия нагрузки на лабораторных активно-иловых установках при возрасте активного ила 2,5 и 20 сут и температуре 20 0С. Процессы, отвечающие этим условиям, наблюдались в течение ряда 24-х часовых циклов, в течение которых фиксировались с регулярными интервалами переменные параметры процесса, такие как концентрации суспендированных в жидкости взвешенных вещества (VSS), ХПК, общий азот по Къельдалю (TKN), концентрации нитратов и скорость потребления кислорода в реакторе. В качестве первоначальной моделирующей программы была использована базовая модель, которая:
а) включала нитрификацию, основанную на уравнении Моно, относящим скорость удельного роста Nitrosomonas к концентрации аммония в жидкой фазе;
b) разделяла активные эндогенные и инертные фракции ила;
c) обеспечивала связь между скоростью потребления кислорода, гетеротрофным синтезом клеток и эндогенным дыханием;а
d) включала основные условия концентрации субстрата путем полного сохранения уравнения Моно, относящего удельную скорость роста гетеротрофных организмов к концентрации субстрата (ХПК) в жидкой фазе.
Экспериментальная работаа была проведена на сырой (необработанной) и на отстоенной сточных водах только при установившихся условиях. При использовании метода анализа, непосредственно основанного на теории, разработанной в рамках настоящей работы, даны новые оценки коэффициента увеличения роста Y`h и скорости эндогенного дыхания bh при установившихся условиях. Эти величины значительно отличаются от обычно используемых величин и показывают, что:
- фактор нагрузки нелинейно связан с величиной, обратной возрасту ила, т.к. линейная взаимосвязь значительно преуменьшает скорость эндогенного дыхания;
- параметры Y`h и bh авзаимосвязаны до такой степени, что нет возможности определять их одновременно, т.е. один из них (bh) должен определяться независимо для точной оценки другого.
Установлено также, что в целях упрощения входной ХПК можно разделить на три фракции - биодеградируемую (которая включает растворенный и дисперсные частицы), небиодеградируемые растворы иа небиодеградируемые частицы.
При выполнении данной работы было решено, что удобно выразить эти фракции в параметрах общего входного ХПК. Величины кинетических коэффициентова для отстоенной и сырой сточных вод приведены в табл. 1. Растворенные и дисперсные биодеградируемые фракции рассматриваются как единая фракция для проведения моделирования. Растворенная небиодеградируемая фракция проходит без изменения через установку, а твердая небиодеградируемая фракция аккумулируется в иле и выпускается с ним в течениеа суточного обращения ило-содержащейа сточной воды.
Таблица 1а
Величины кинетических коэффициентов, использованных при разработке активно-иловой модели
Символ |
Величина |
Размерность |
Символ |
Величина |
Размерност |
Кинетика деградации углеродсодержащего материала |
|||||
|
0,135 |
1/мгVSS.сут |
|
1,000 |
мгVSS/мгVSS |
|
3,00 |
мгХПК/мгVSS.сут |
|
0,078 |
мгХПК/мгХПК |
|
100,0 |
мгХПК/д |
|
0,015 |
1/мгVSS.сут |
|
0,24 |
1/сут |
|
1,200 |
|
|
0,45 |
мгVSS/мгХПК |
|
1,100 |
|
f |
0,20 |
мгVSS/мгVSS |
|
1,029 |
|
|
0,10 |
мгN/мгVSS |
|
1,000 |
|
P |
1,48 |
мгХПК/мгVSS |
|
1,000 |
|
|
0,00 |
мгN/мгVSS |
|
1,000 |
|
Кинетика нитрификации |
|||||
|
0,65 |
1/сут |
|
0,04 |
1/сут |
0,21 |
|||||
|
1,00 |
мгN/л |
|
0,10 |
мгVSS/ мгN |
|
1,123 |
|
|
2,350 |
|
|
1,029 |
|
|
1,000 |
|
Параметры сточной воды на входе (по результатам моделирования) |
|||||
|
0,033 |
мгХПК/мгХПК |
|
0,00 |
мгN/ мгN |
0,050 |
0,00 |
||||
|
0,025 |
мгVSS/мгХПК |
|
0,84 |
мгN/ мгN |
0,090 |
0,75 |
||||
Примечание:
а - верхняя величина относится к неосажденной сточной воде; нижняя величина - к осажденной сточной воде.
b - параметры, определенные моделированием.
с - нижние величины включают определенную степень ингибирования
На первом этапе модельа была применена непосредственно для прогнозирования ответного поведения при динамических условиях подачи нагрузки. Сравнение прогнозируемых и экспериментальных откликов при суточных циклических волнообразных условиях подачи нагрузкиа при возрасте ила 2,5 и 20 суток приведены на рис. 1, 2.
Хорошая корреляция между теоретическими и экспериментальными данными модели удаления биогенных элементов была модифицирована путем включения в нее субстратных запасов и синтезируемых клеточных масс и использованием механизма накопления субстрата:
(9)
где
Sb - концентрация субстрата в жидкой фазе, мг ХПК/л;
Rk - константа скорости передачи субстрата, мг ХПК/мг VSS.сут;
X? - общая концентрация VSS, мг VSS/л;
Fm? Ца максимальная доля запасенного субстрата, которая может быть поглощена иловой массой, мг VSS/ мг VSS;
XS - концентрация запасенного субстрата, мг VSS/л.
аа (10)
где
Yh - коэффициент увеличения нагрузки в параметрах запасенного субстрата мг ХПК/л, мг VSS/мг ХПК;
Km - константа максимальной удельной скорости роста, мг VSS/мг ХПК. сут;
XS - концентрация запасенного субстрата, мг ХПК/л;
P - отношение ХПК/ VSS;
KS Ца коэффициент насыщения, мг ХПК/л.
Т.к. эта модельа предполагает, что скорость поглощения субстрата не зависит от концентрации субстрата в жидкой фазе, Sb на конечной стадии в цикле, это приводит к отрицательным величинам Sb. Это обстоятельство указанно в уравнение первого порядка, устанавливающего связь с концентрацией субстрата в жидкой фазе Sb. Более того, было также отмечено, чтоа большая фракция инертного материала образовывалась при большом возрасте активного ила и общая концентрация взвешенных веществ Х? в уравнении (9) была заменена на концентрацию активных взвешенных веществ Ха:
аа (11)аа
где
Ка Ца константа скорости адсорбции субстрата;
Fma - максимальная фракция субстрата, которая может быть сосредоточена на массе активного ила, мг VSS/мг VSS.
На следующем этапе была создана модификация модели (уравнение 9), учитывающая потенциал накопления, который сравним с реальным накоплением субстрата. Кроме того,а было учтено, что биодеградируемый субстрат в жидкости Sb достигает величин, близких к нулю, потенциал накопленного субстрата становится фактически равным нулю и, в конечном счете, модель стала отображать тенденцию десорбции.
Анализ показал, что в сточных водах все субстратыа имеют преимущественно дисперсную природу. Поэтому при разработке теоретической модели было сделано допущение, что не адсорбированный субстрат, который остается связанным во флоккулах ила, уплотняется в отстойнике и рециркулируется обратно в реактор. Отметим, что субстрат, связанный во флоккулах, не являетсяа накопленным субстратом. Концентрации ХПК выходные и отфильтрованные в реакторе являются, следовательно,а принципиально растворимой небиодеградируемой фракцией входного ХПК. Ответы, прогнозируемые теоретической моделью, объединяющей эти модификации, приведены на рис. 3-5. Интенсивность фильтрованного ХПК в аэротенке в этом случае хорошо воспроизводится теоретической моделью. Этот подход подтверждается экспериментальными наблюдениями, показывая, что не имеется существенного различия между концентрацией растворенного ХПК на выходе при возрастах ила 2,5 или 20 сут при температурах 20 и 12 0С. Однако эти модификации не улучшают прогноз резкого уменьшения скорости потребления субстрата приа завершении питания при возрасте ила 2,5 сут.
Т.к. нитрификация имела место при обоих возрастах ила, экспериментальные прогнозы скорости потребления кислорода совмещали требования кислородного метаболизма обоих видов организмов - гетеротрофных и автотрофных. Было предположено, что резкое уменьшение экспериментальной скорости потребления кислорода при окончании питания является поведенческой характеристикой автотрофной нитрификации. Принятие этой гипотезы приводит к развитию модифицированной модели для нитрификации, которая объединяет следующие концепции:
1). Фракция протеиносодержащего азота непригодна непосредственно дляа нитрификации, она должна быть сначала превращена в свободный и солевой аммоний до включения ее в процесс нитрификации. Это превращение в аммоний являетсяа относительно медленным процессом.
2). Превращение аммония в нитраты является мгновенным.
3). При накоплении ХПК определенное количество азота также запасается.
В соответствии с модифицированной моделью нитрификации резкое уменьшение скорости потребления общего кислорода при завершении питания вызывается быстрым окончанием добавления поступающего аммония. Применение модифицированной нитрификационной модели показывает, что использование уравнения Моно ка моделируемой нитрификации приа суточных циклических волнообразных условиях подачи питанияа является неправомочным.
Объединение модифицированной нитрификационной модели в общую модель дало прогноз для возраста ила 2,5 сут. Хотя резкое уменьшение скорости потребления общего кислорода было адекватно предсказано, однако корреляция могла быть получена только после того, как было принято, что свободный аммоний и фракции солевого аммония поступающего общего азота составляет всего 20%, а органическая связанная фракция 80%. Это вступает в противоречие с экспериментальными данными для городских сточных вод, которые показывают примерно 80% общего азота как свободного, так и солей аммония и 20% органического связанного азота. Исключение тестируемого уравнения Моно для нитрификации при наличии различных теорий нитрификации не могло быть сделано до тех пор, пока не было получено научно-обоснованногоа подтверждения.
Разработка математической модели биологической денитрификации в активно-иловых процессах привела к пересмотру предыдущей модели. Из проведенной работы очевидно, что быстрое удаление субстрата из жидкой фазы является энергетически потребляющим механизмом. Это наблюдение подтверждено альтернативным объяснением резкого уменьшения потребления общего кислорода: резкое падение является поведенческой характеристикой гетеротрофных организмов, вызванной прекращением потребности в энергии для адсорбции субстрата, происходящей в результате окончания добавления субстрата.
Математическая модель была модифицирована с целью объединить энергетические требования для адсорбцииа и нитрификационную теорию, базирующуюся на уравнении Моно, относящима концентрацию аммония к скорости роста Nitrosomonas. Энергетические требования адсорбции были объединены на базе 8% субстрата (ХПК), трансформированного из жидкой фазы. Входные фракции аммония и органического связанного азота были взяты в соответствии с их экспериментальными данными,а т.е. примерно 80% свободного аммония и связанного аммония и 20% органического азота. В то же времяа концепция накопления органического азота и его медленной конверсии в свободный и связанный аммоний, установленные в предыдущих моделях были сохранены. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов показа, что имеет место значительное улучшение в прогнозных способностях модифицированной математической модели скорости потребления кислорода, общего азота и прогнозах концентрации нитратов при обоих возрастах ила (2, 5 и 20 сут.).
Температурные воздействия на процессы были оцененыа повторением экспериментальных тестов при 12 0С при 3,3 и 30 сут возрастах ила. Эти константы свидетельствуют о том, что скорость адсорбции в значительной степени зависит от температуры, скорость синтеза зависит от нее меньше, аа скорость эндогенного дыхания практически нечувствительна к температуре. Первые две температурно-зависимые константы определялись повторными модельными исследованиями до тех пор, пока не была получена удовлетворительное соответствие при 12 0С; соответствие для эндогенного дыхания была определено измерениями скоростей утилизации кислорода по времени в группе опытов разложения при различных температурах, аэробно смешанных в жидкости суспендированных твердых частиц.
При 3,3 сут возрасте ила скорость потребления кислорода уменьшается до фактически постоянной величины между периодамиа подачи и отсутствия питания. Из теоретической модели можно заключить, что биодеградируемый субстрат ХПК (50 мг ХПК/л) связан в иле и не адсорбируется. Аналогично,а большие концентрации запасенных твердых частиц остаются неметаболизированными. Обе эти концентрации субстрата удаляются из процесса при ежедневном выводе ила. Длительные высокие уровни накопления являются основной причиной того, почему скорость потребления кислорода остается практически постояннойа в течение 24-х часового цикла. То, что не наблюдалось процесса нитрификации, является фактом, успешно спрогнозированным моделью.
При возрасте ила 30 сут предсказанное поведение скорости потребления кислорода несколько отличалось от наблюдаемого поведения. При окончании периода питания экспериментальная скорость потребления кислорода быстро уменьшалась, тогда как теоретически, скорость уменьшалась более плавно. Тем не менее, скорость потребления кислорода была достаточно хорошо прогнозируема в течение всего периода питания. Концентрация суспендированных в жидкости взвешенных твердых частиц и отфильтрованного ХПК также удовлетворительно моделировались. Концентрации накопленныха твердых веществ значительно отличаются между периодами подачи и отсутствия питания, приводя к изменениям скорости потребления субстрата в процессе 24-часового цикла.
Моделирование процессов роста микроорганизмов в дисперсной среде аэротенков
В настоящей работе сделана попытка не только обобщить существующие работы, и рассмотреть перспективы моделирования биотехнологических процессов, которое являетсяа полезным инженерным инструментом в руках исследователей и проектировщиков.
Основной задачей моделирования является оптимизация либо отдельных комбинаций узлов, либо - всего комплекса обработки, включая и выбор конструктивных узлов системы биологической очистки сточных вод.
Моделирование используется в качестве первого шага при выборе структурной и гидравлической схемы, прогнозировании и проведении расчетов и разработке технологической и конструкторской документации.
В настоящей работе рассмотрены процессы бактериального роста и питания и их моделирование в условиях дисперсного роста в аэротенках полного смешения.
Понимание процессов микробиального роста и потребления субстрата обязано появлению оригинальных концепций процессов очистки органосодержащих стоков бактериальной микрофлорой активного ила. Начальное развитие этой проблемы было положено концепцией Моно, давшей теоретическое обоснование взаимосвязи между скоростью роста бактерий и концентрацией потребляемого ими субстрата, которое имеет вид
аа аа(12)а
где
а - максимальная скорость роста;
S - концентрация субстрата.
Целый ряд других теорий развили эту идею и дали математические описания процессов бактериального ростаа и усвоения субстрата.
Система дифференциальных уравнений, описывающая рассматриваемые процессы имеет следующий вид:
аа аа(13)
где
KS - коэффициент половинной скорости;аа
X - концентрация бактерий;
t - время.
Эти уравнения в дальнейшем были модифицированы с учетом потерь бактериальной массы из-за ингибирования и гибели микроорганизмов:
аа аа(14)
где Kd - скорость отмирания и ингибирования бактерий.
После учета параметров загрязненности входного потока и геометрических размеров аэротенка уравнение роста микроорганизмов приобретает вид:
аа а(15)
где
Q - расход потока на входе;
V - объем аэротенка.
Уравнение потребления субстрата аналогично было модифицировано в виде:
аа(16)
где Qr - расход рециркуляционного потока.
Использование приведенных выше зависимостей позволило вывести уравнения, описывающие квазистатическое состояние биологической системы:
аа(17)а
где
Y - нагрузка на активный ил;
?C - время пребывания активного ила;
S0 - концентрация субстрата на входе;
S1- концентрация субстрата на выходе;
b - коэффициент ингибирования бактерий;
X1 - концентрация активного ила.
Эти уравнения в дальнейшем были модифицированы и приведены к виду, который может быть использован в инженерных расчетах:
а(18)аа
где U - удельная скорость утилизации субстрата.
Полученные уравнения в настоящее время используются при проведении проектных работ и являются чрезвычайно полезными для прогноза некоторых фундаментальных процессов, таких как влияние возраста активного ила на интенсивность протекания биохимических процессов окисления органических загрязнений.
Однако в настоящее время есть основания полагать, что эти уравнения нуждаются в развитии и модификации.
Главным недостаткома традиционных методов моделирования является использование уравнений, описывающиха установившиеся взаимосвязи между параметрами процессов. Этим самым игнорируется тот факт, что из-за колебаний нагрузки условия в аэротенках никогда не являются установившимися.
Экспериментальные исследования процессов биологической очистки показали, что характер изменения нагрузки определяется следующим соотношением:
Объем суспендированных твердых частиц в активно-иловой смеси / ХПК активно-иловой смесиа = Сonst дляа данного возраста ила.
Таким образом, наличие переменных нагрузок в процессе биологической очистки препятствует практическому использованию математических моделей с фиксированной нагрузкой.
Моделирование бактериальной кинетики может быть произведено на использовании различных базовых соотношений.
Так, для этой цели предложено использование аналогии с химическими реакциями, которое могло быть описано следующим соотношением:
Субстрат + Окислитель > Биомасса + Продукты дыхания.
Однако в дальнейшем было установлено, что колебания содержания окислителя, биомассы и продуктов дыхания могут быть описаны более точно при учете запасенного и в дальнейшем потребленного бактериальными клетками субстрата в виде системы соотношений:
Потреблениеа - Субстрат > Запасенный субстрат
Рост - Запасенный субстрат > Протоплазма
Экзогенное дыхание - Запасенный субстрат + Окислитель > Продукты аыхания
Экзогенное дыхание - Протоплазма + Окислитель > Продукты дыхания.
Исследования показали, что скорость потребления субстрата зависит от разницы между количеством запасенных продуктов и способностью к максимальному насыщению клеточных резервов в соответствии с уравнением:
а а(19)
где
t - время аэрации;
X1 - концентрация межклеточного субстрата;
X1* - пороговая величина концентрации X1, ниже которой X1 зависит от скорости подачи субстрата;
а1 - коэффициент конверсии субстрата (а1 = X1 / S);
K1 - константа скорости подачи субстрата;
S - концентрация субстрата, запасенного клетками бактерий в системе;
ST - максимальная насыщающая способность запасания субстрата клетками бактерий в системе;
M - концентрация клеток бактерий в системе.
Скорость метаболизма зависит от концентрации запасенных продуктов и определяется уравнением первого порядка:
а а(20)а
где К2 - константа скорости метаболизма.
Скорость ингибирования (гибели) клеток также определяется уравнением первого порядка:
а (21)а
где
? - часть запасенных продуктов, котораяа расходуется на синтез клеточного материала;
а2 - коэффициент конверсии (М / S);
К3 - константа половинной скорости ингибирования клеток
Изменение концентрации промежуточных и конечных продуктов метаболизма описывается как:
а аа(22)
где
Р - концентрация промежуточных и конечных продуктов;
а4 - коэффициент конверсии.
Изменение активности микроорганизмов также учитываются в модели путем допущения, что скорость удаления субстрата зависит от содержания запасенных продуктов питания:
аа а(23)аа
Подстановка коэффициента активности ? в приведенные выше уравнения приводит к модели кинетики дисперсного роста в виде:
а (24)аа
Полученное уравнение являетсяа наиболее точным математическим описанием процессов кинетики в дисперсной среде. Основное преимущество этого метода состоит в том, что он позволяет нагрузке изменяться без разрыва связи между кинетикой субстрата и бактериальной кинетикой. Однако надо иметь в виду, что этот подход предусматривает использование большого количества коэффициентов и констант, что усложняет моделирование процессов кинетики при переменных нагрузках.
Экспериментальные и математические методы определения коэффициентов дают довольно широкие диапазоны изменения их величин, особенно для Кs и ?. Так, по некоторым данным, величин Кs имеет низкие значенияа (обычно порядка 1 мг/л для углеводородов и 1 ?г/л дляа аминокислот), в то время как по другим данным Кs имеет величины значительно выше, чем концентрация субстрата в аэротенке, т.е. порядка 50-100 мг/л. Имеют место похожие колебания и в декларации величины ?. В этих случаях оказывается, что причины различий могут частично иметь местоа из-за колебаний жизнеспособности ила. Такие отклонения вызывают сомнения относительно как точности, так и повторяемости коэффициентов.
Более простым и предпочтительным в ряде случаем может оказаться метод, в основе которого лежит концепция зависимости нагрузки от скорости роста в виде:
а(25)аа
где
m - затраченная энергия;
Y0 - нагрузка.
Анализ существующих подходов показал, что неправомерным является применение для переходных условий уравнений установившихся процессов, например такого как:
аа а(26)аа
При изменении нагрузок, особенно в случае ударной нагрузки
аа аа(27)а
где Х изменяется в соответствии са балансом:
а(28)а
где r - коэффициент рециркуляции.
В заключение необходимо подчеркнуть, что практическим использованием результатов моделирования является получение научно-обоснованных прогнозов, обеспечивающих возможность оптимального выбора типа и размера конструктивных узлов, а также минимизации негативного воздействия любых внутренних и внешних факторов.
В связи с этим, результаты настоящей работы рекомендуется использовать при проведении научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, направленных наа разработку и создание эффективных систем аэробнойа обработки органосодержащих сточных вод.
Таким образом, настоящая работа касается только основных биологических механизмов и кинетик их протекания. Основное заключение из этой работы состоит в том, что скорость потребления кислорода является наиболее важным параметром при любой попытке раскрыть механизмы и кинетики активно-иловых процессов.
В главе 5 приведены результаты исследований процессов обработки сточных вод в системах с иммобилизованнойа биопленкой.
Кинетика усвоения субстрата биопленками существенно отличается от кинетики, реализуемой диспергированными бактериями в суспензионных жидких средах. Действительно, удаление субстрата из водной среды в этом случае требует диффузии всех питательных реагентов в биопленку, потребления их организмами и диффузии продуктов метаболизма обратно в водную среду через биопленку.
Взаимосвязи между концентрацией субстрата и глубиной биопленки предполагает, что скорость реакции окисления ограничена единым субстратом S, концентрация которого вне биопленки в объеме жидкостиа равна S0; на поверхности биопленки - Ss, в клеточном матриксе биопленки - Sc;аа в глубине биопленки - постоянно лимитированная величиной Si.а Градиент Sc поверхности раздела фаз жидкость-пленка, где z = 0 (dSc/dz), находится в диапазоне между малыми величинами (случай ограниченного метаболизма) и высокими величинами (случай ограниченной диффузии).
Неполное смешение жидкой фазы, прилежащей к поверхности биопленки, связанное с массопередачей в биопленку, приводит к уменьшению градиента концентрации субстратаа между объемом жидкости и поверхностью биопленки. В действительности изменение концентрации происходит непрерывно, что ограничивает протяженность пограничногоа жидкого слоя глубиной L1 + L2. Коэффициент диффузии для любого вида субстрата через пограничный жидкий слой определяется как соответствующий коэффициент молекулярной диффузии через воду. Глубина пограничного жидкого слояа может быть вычислена как:
аа аа(29)аа
где
Ас - площадь биопленки, см2;
Dw - коэффициент диффузии химических веществ через воду, см2/сут.;
J0 Цпоток химических веществ через поверхность биопленки, мг/сут.
Если бактериальная пленка не ограничена метаболически, то концентрация субстрата в глубине биопленки будет достигать минимальной величиныа Si, на которойаа процесс бактериального метаболизма остановится. Эта ситуация будет иметь местоа только в относительно глубокой биопленке; если глубинаа биопленки ограничена или гидравлическим срезом (турбулентностью) или сползанием биомассы, тогда метаболизм субстрата может иметь место на всем протяжении слоя (метаболически ограниченный случай).
Глубина биопленки в точке, на которой Sc = Si, является так называемойаа эффективной глубинойа Le,аа и будет содержать только организмы, активно метаболизирующие субстрат. Такая концепция предполагает, что поток субстрата через поверхность биопленки не увеличивается с увеличением глубины биопленки дальше определенной критической глубины. Можно также считать, что передача в активный слой органических веществ из клеточного лизиса или из анаэробной ферментации внутри инертного (неактивного) слоя (т.е.а Le - Ls) незначительно уменьшает поток органических субстратов из объема жидкости, хотя некоторое уменьшение теоретически должно иметь место.
Массопередача субстрата в биопленку на единицу площади описывается как
а а(30)
где
?SM/?t - скорость массопередачи субстрата, мг/сут.;
Dc - коэффициент диффузии внутри биопленки, см2/сут.;
?SC/?z Цградиент субстрата к площади поверхности, мг/см4.
Скорость усвоения субстратаа S в любой точке внутри биопленки предполагается соответствующей уравнению Моно:
аа аа а(31)
где
-dSc/dt - скорость усвоения лимитирующего субстрата, мг/л.сут.;
k - максимальная скорость усвоения лимитирующего субстрата, мг/сут./мг;
Ks - коэффициент полускорости Моно, мг/л;
Sc - концентрация лимитирующего субстрата, мг/л;
Xc - бактериальная концентрация в биопленке, предполагаемая как постоянная по глубине, мг/л.
При применении уравнений (30) и (31) ка дифференциальному элементу ширины dz, массопередающие показатели становятся равными:
Входной поток =а 
аа(32)
Выходной поток = 
аа(33)а
Активный ил = 
а(34 )
Результирующее уравнение для установившегося состояния после объединения показателей массового баланса системы будет иметь вид:
а аа(35)
Решение уравнения Моно для граничных условий. Для погружной биопленки, глубина которой ограничена массопередачей субстрата (диффузией),а двумя граничными условиями, очевидными из рис. 1, являются:
Sc = Ss при z = 0
dSc/dz = 0 при z = Le
Нелинейное уравнение (35) является обычным дифференциальным уравнением второго порядка.а Оно не имеет однозначного решения, однако может быть решено дляа двух граничных условий уравнения Моно.а
Общий случай. Для приближенного решения уравнения (46) необходимы два граничных условия:
dSc/dz = 0 при z = Le
Sc = ? при z = Le
где
? - некоторая, отличная от нуля, малая концентрация субстрата.
Величина ? незначительно изменяется в потоке (через поверхность биопленки), если онаа выбрана равной небольшой части коэффициента половинной скорости, несмотря на то, что его величина незначительно изменяется с эффективной глубиной Le.
Решения этой модели обобщены графически на рис. 6, 7 и распространяются на все типичные диапазоны изменения указанных параметров.
Использование графического решения модели требует применения метода итераций для расчета J0/Acа через пограничный жидкий слой в биопленке.
Упрощающим предположением при разработке модели биопленки является то, что концентрация субстрата S лимитирует скорость метаболизма во всей биопленке. Поэтому необходимо знать вид ограничения - либо биопленка лимитирована электронным донором либо электронным акцептором. Любой из двух этих видов ограничения может лимитировать скорость усвоения субстрата внутри биопленки или скорость диффузии в биопленку. Если электронный донор или электронный акцептор являются лимитирующими, тогда эти виды являются ограничивающими и субстрат и поток, как это будет показано ниже.
Ограничение субстрата. Скорость усвоения ограничивающих видов субстрата была моделирована уравнением Моно (31). Виды ограничения, лимитирующиеа скорость усвоения в любой точке внутри биопленки, могут быть определены сравнением влияния концентрации на относительную скорость реакции для обоих видов (электронного донора и электронного акцептора), которая для каждого вида определяется как Sc/(Sc + Ks). Этот анализ приводит к прогнозу, что электронный акцептор является субстратно-ограничивающим, когда выполняется следующее условие:
а а(36)
где
Scd, Sca - соответствующие концентрации электронного донора и электронного акцептора на определенной глубине биопленки, соответственно, мг/л;
Ksd, Ksa - коэффициенты половинной скорости для электронного донора и электронного акцептора, соответственно, мг/л.
Исходя из этого уравнения,а электронный донор или электронный акцептор могут лимитировать скорость усвоения субстрата в биопленке в зависимости от относительной величины концентраций и коэффициентов полускоростей. Существует вероятность, что один из видов может быть лимитирующим во внешней части биопленки, а другой - во внутренней части биопленки. Этот случай не учитывается моделью, представленной в этой работе, т.к. необходимы дополнительные исследования, чтобы распространить модель и на эти случаи.
Ограничение потока. Теория массопереноса может быть использована, чтобы предсказать, чем будет лимитироваться диффузия через поверхность пленки - электронным акцептором или электронным донором.
Основная метаболическая реакция внутри пленки:
?dD + ?aA + потребность для роста > конечный продукт + клетки (37)
где
?d, ?a коэффициенты стехиометрической реакции для электронного донора (D) и электронного акцептора (А), соответственно.
Можно предложить соотношение, которое целесообразно использовать для прогноза, когда электронный акцептор является поточно-лимитирующим. Это соотношение рассматривает относительные стехиометрические потребности для электронного донора и электронного акцептора и потребность для реагирующих видов диффундировать в биопленку. Для того, чтобы удовлетворить эти требования поток электронного акцептора (J0a), проходящий данную площадь поверхности биопленки, должен быть отнесен к потоку электронного донора (J0d) в соответствии со следующим соотношением:
аа(38)
где
MWa, MWd - молекулярные веса электронного акцептора и электронного донора, соответственно.
В соответствии с уравнением (30) поток для каждого вида также равен AcDc(?S/?z), поэтому:
(39)
где
Ssa, Ssd - концентрации электронного акцептора и электронного донораа на поверхностиа биопленки, соответственно, мг/л;
Dca, Dcd - соответствующие коэффициенты диффузии внутри биопленки, см2/сут.
Это уравнение показывает, что относительные изменения в концентрациях электронного акцептора и электронного донораа с глубиной биопленки равны:
а а(40)
В соответствии с уравнением (40) виды концентраций, которые достигали нуля первыми при уменьшении концентраций внутри биопленки, являлись видами, лимитирующими поток.
Таким образом, если
а а(41)
то электронный акцептор является лимитирующим поток; в других случаях поток ограничивает электронный донор. В объеме жидкости электронный акцептор лимитирует поток, когда
аа аа(42)
Можно показать, что отношение Dca : Dcdаа приблизительно равно отношению Dwa : Dwd, т.е. последний член уравнения (42) является пренебрежимо малым.
Если
а аа(43)
то ограничивает поток электронный акцептор; в других случаях ограничивающим поток является электронный донор.
Уравнение (43) показывает, чтоа растворенный кислород (DO) ограничивает поток во многих гетеротрофных биопленках. Например, типичная величина коэффициента диффузии для глюкозы и кислорода в воде при температуре 20 0С равна 0,5 и 1,6 см2/сут, а также величины ?d и ?a равны 1 и 2 соответственно; эти показатели могут быть использованы в уравнении (43) при условии, что аналогичное отношение Dca : Dcd имеет место для каждой величины внутри биопленки.
В основу разработки математических моделей были положены балансовые уравнения веществ, участвующих в процессе окисления органических загрязнений. На основе анализа уравнений балансов субстрата и биомассы микроорганизмов были получены модели процессов непосредственного окисления органических веществ и процессов ингибирования разложения субстратов, образующихся в процессе обработки.
При проведении исследований определялась морфология и структура иммобилизованной микрофлоры в реакторе с фиксированным слоем. Микробиологические популяции пленки были окружены экзополисахаридным матриксом. По всему матриксу наблюдалась развитая сеть каналов, которые способствовали выделению газа и проникновению питательных веществ в нижние слои пленки.
Тест-контроль функционирования системы очистки с помощью микрофлоры активного ила. Состав биоценоза активного ила, культивируемого в процессе биологической очисткиа сточной воды в аэротенке,а определяется в первую очередь характером поступающих на очистку стоков, а именно -а количествома и условиями подвода органического субстрата к клеткам бактерий и поэтому биоценоз микрофауны,а присутствующей в активном илеа является индикатором состояния активного ила.
Качественный и количественный учет представителей микрофауны иа иха физиологического состояния по ходу прохождения сточной воды в аэротенках позволяет получить достаточно достоверные данные о качестве очистки сточной воды.
В ходе биологической очистки сточной воды происходита смена одних видова гидробионтов другими в зависимости от технологиченкой схемы обработки среды и условий по питанию. Этот процесс характеризуется тем, что в логарифмическойа фазе роста микроорганизмов имеет место преобладание амеб Rhizopoda и жгутиковых Flagellata или Mastigophora. Семейство жгутиковых Flagellescoloniausпредставлены двумя группами, в колониях которых особи или разделены друг от друга либо объединены в плотные флоккулы. Жгутиковые 1-й группы свидетельствуют о высокой концентрации кислорода иа достаточно хорошем качестве стока. Жгутиковые 2-й группы указывают о повышенной нагрузке по БПК, недостатке или отсутствии кислорода, при этом качество стока низкое.
В процессе дальнейшего логарифмического роста бактерий в обрабатываемой среде начинают преобладать жгутиковыеа (сначалаа зеленые, относящиеся к растительным формам,а а затем бесцветные Bodо, Моnas, Hexamitus), но появляются и свободноплавающие инфузории Ciliata,а питающиесяа отдельными бактериями.а При уменьшении числа бактерий в фазе эндогенного развития в пищевойа конкуренцииа побеждаюта прикрепленныеа ка субстрату сидячие инфузории Suctoria.
Фаза замедленного развития характеризуетсяа преобладаниема прикрепленных инфузорий, являющихся экзопаразитами, которые посредством длинных щупалец с присосками на концах потребляют питательные вещества из жертвы. Заключительный этап биологической очистки в аэротенке,а на котором проходят первая и вторая стадии нитрификации при повышенной концентрации кислорода и большом возрасте активного ила, характеризуется развитием большого количества коловраток Rotatoria.
Такова классическая схема изменения видового состава микрофауны при реализации в аэротенке оптимальных условийа протекания процесса биохимическогоа окисленияа загрязнений микроорганизмами активного ила.
При отклонении режима питания в аэротенке ота классического, когда подвод субстрата осуществляется непрерывно за счет растворенияа дисперсных и коллоидных частиц,а состав гидробионтов претерпевает изменения.а При этом, степень отклонения гидробиологического состава от классического является индикатором величины отклонения качества процессов, протекающих в блоках механической и биологической очисткиа исходной сточнойа воды.а Поэтому анализ гидробиологического состава иловой суспензии в аэротенке можета позволитьа качественно оценить эффективность функционирования всей технологической схемы очистки.а
Оптические и электронные микрофотографии перегруженного активного ила показывают наличие большого количества нитчатых бактерийа SphaerotiIus natans и Cladothrix dichotoma в активном иле.а
При оптимальном функционировании технологической схемы в составе биоценоза активного ила на всех этапах очистки имеют место флоккулирующие бактерии Zoogloearamigera(рис. 8).
Рис. 8. Популяции в верхних слоях биопленки.
Длинные палочки, короткие и округлые палочки и небольшие кокки, составляющие популяции в верхних слоях биопленки.
Увеличение 9000ха
Таким образом, микроскопические обследования, хотя и имеют определенные ограничения, являются существенным этапом в диагностике качества очистки сточных вод и должны непрерывно совершенствоваться. Простейшие являются наиболее показательными элементами в процессе срыва работы соорунжений, приводящих к функционированию активных илов в условиях, связанных, в частности, с окислением (концентрацией раствореннного кислорода) и продолжительностью аноксической фазы.
Использованиеа микрофауны как потенциального индикатора активных илов на пилотной установке в фазе запуска.
Цель исследования состояла в реализации метода количественного наблюдения микрофауны за несколько лет и определения возможности использования этих результатов для прогнозирования промышленного использования в фазе запуска.
В практических условиях имеет место отсутствие адаптации к экстремальным условиям (сверх низкие или сверх высокие нагрузки, залповые промышленные сбросы, недостатока кислорода и т.д.). Отсюдаа трудности прогнозирования эволюции технологических параметров (потребление кислорода, прирост активного ила), потеря равновесия системы (вспухание активного ила).
Регулярно обнаруживаемые колебания концентрации Protozoaires могут быть связаны с колебанием питания или отношением между жертвой и паразитирующим хищником. Микрофауна интегрирует воздействие всех параметров и это делает ее особенно чувствительной. Поэтому скорость ответа на изменение среды делает особо значимым индекс биологического контроля очистных установок с большими нагрузками, в том числе сооружений промышленных масштабов.
С научной точки зрения представляется интересным: с одной стороны связать микрофауну с совокупностью параметров системы очистки, точно определяющих функционирование сооружений, с другой стороны, проверить и подтвердить практическую целесообразность исследованного метода микрофауны, основанного на упрощенном определенииа и математическом прогнозировании.
Наконец, установлено, что развитие микрофауны является функцией всей совокупности параметров, где трудно представить единственный преимущественный параметр. Таким образом, для оптимального использования микрофауны как индикатора необходимо учитывать ряд параметров, таких как рециркуляцию, отбор активных илов, подача кислорода, нагрузка и природа стока. При этом важной особенностью индикации состояния системы является необходимость контроля не только изменение видового состава, но и динамики изменения концентрации вида микрофауны (рис. 9).
Наиболее гетерогенные биопленки с кислородом, как акцептором электронов, в аэротенках с погруженными мембранами, являются таким смешанным (комбинированным) случаем.
ВЫВОДЫ
1.а На основе анализа базовых математических моделей процессов биологической обработки сточных вод и результатов экспериментальных исследований физических моделей систем очистки сточных вод различного происхождения и состава разработаны модели комплексной обработки жидких органосодержащих отходов, показывающие высокую степень сходимости с экспериментом, что свидетельствует об их надежности и возможности использования при проектировнаии новых более совершенных очистных сооружений.
2. Установлены закономерности формирования и подъема газовых пузырей в псевдоожиженном реакторе и определены зависимости объемных коэффициентов массопереноса газа от размеров (объема, диаметра и формы) газовых пузырей, расхода (скорости) и турбулентности псевдоожиженной среды.
3.а Предложены два метода оценки коэффициента передачи кислорода в зависимости от турбулентности в аэротенке, один из которых базируется на среднеквадратичных отклонениях скорости потока, второй - на скорости диссипации энергии.
4. На основе расчетных и экспериментальных данных показано, что применение технологии псевдоожиженного слояа позволило объединить лучшие черты таких процессов как биофильтрация, обеспечивающая эффективность прикрепленной биопленки и высокую концентрацию активной биомассы, и активно-иловая обработка, характеризующаяся простотой управления, удобством, экономичностью и надежностью в эксплуатации.
5. На основе комплекса проведенных экспериментальных работ разработана ряд математических моделей, описывающих концентрацию иммобилизованной биомассы, усвоение субстрата в биопленке, массопередачу кислорода, аэрацию и усвоение субстрата в реакторе с прикрепленной биопленкой, приведено сравнение результатов прогнозирования и экспериментальных данных.
6. Впервые разработаны практические рекомендации по выбору характеристик реакторов с погружной прикрепленной биопленкой, функционирующие на сильно- и слабозагрязненных сточных водах, а также рекомендации по разработке комбинированных систем обработки сточных вод с рециркуляцией активного ила.
7.а Наиболее перспективным принципом создания псевдоожиженных систем, в которых реализуется увеличение гидравлических и органических нагрузок в течение длительного времени, является модельный принцип, при котором последовательность регулируемых потоков позволяет обеспечить дополнительную гибкость и управляемостьа смежными аэротенками, которыеа
могут управляться последовательно или параллельно.
8. Из сравнения расчетных и экспериментальных данных следует, что полученные математические модели достаточно точно описывают процессы массопередачи кислорода, причем модель, использующая выражение для турбулентной энергии, которая инициирует движение элемента воды, является наиболее предпочтительней.
9. Установлено, что математическая модель способна адекватно описать процессы удаления субстрата, утилизацию и передачу кислорода в барботируемома реакторе с биопленкой. При этом в модели могут быть рассмотрены два различных способа передачи кислорода от барботируемых воздушных пузырей: растворение кислорода в объемеа жидкости и межфазная передача кислорода.
10. Результаты сравнения моделирования и экспериментальных работ показали, что аэротенк с фиксированной пленкой со значительным уровнем контакта пузырь-биопленка может достичь высокой эффективности передачи кислорода.
11. В отличие от традиционного аэротенка, реактор с псевдоожиженным слоем в полном объеме реализует механизм удаления твердых частиц загрязнений, что исключает необходимость во вторичной обработке очищенной воды после аэротенка.
12. Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов показывает хорошую сходимость (коэффициент корреляции составляет r = 0,9 - 0,94).
аа Предложения для практики.
На основании проведенных исследований разработаны:
1. Научно-методические рекомендации по оптимизации процессов анаэробной обработки высоконагруженных органосодержащих предприятий агропромышленного комплекса (Утв. ВНИТИБП РАСХН, 15.12.2006г.),
2. Научно-методическое руководствоа по созданию комплексной системы биологической обработки жидкиха органосодержащих отходов, (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 26.09.2008г.)
3. Методическое положение Моделирование процессов массопередачи кислорода и усвоение субстрата в барботажных реакторах с иммобилизованной биопленкой (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 14.04.2011г.)
4. Результаты и материалы выполненной работы использованы:
- при проектировании очистных сооружений города Владивосток. (Утв. ГУП МосводоканаНИИпроект, 22.10.2006г.);
- при разработке проекта Экспериментальный блок комплексной очистки Курьяновских очистных сооружений г. Москва (Утв. ГУП МосводоканаНИИпроект, 12.09.2011г.);
5. Справка об использовании проектной организацией результатов научно-исследовательской работы при проектно-конструкторских работах на станции биологической очистки сточных вод (СБОС) г. Якутска (Утв. ЗАО Водоснабжение и водоотведение г. Москва, 14.11.2011г.);
6. Акт внедрения результатов научно-исследовательской работы при реконструкции производственных очистных сооруженийа ОАО Водоканал г. Ишим (Утв.а ОАО Водоканал г. Ишим,а 15.11.2006);
7. Отзыв о результатах научно-исследовательской работы Анаэробные методы обработки высоконагруженных органосодержащих отходов. (Утв. ОАО Тюмень Водоканал и ОАО Сибгипрокоммунводоканал, 01.11.2006).
8. Предполагаемый годовой экономический эффект от использования результатов научно-исследовательской работы составляет 11 млн 980 тыс. руб.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
1. Денисов А.А., Павлинова И.И., Кадысеваа А.А.. Исследования биоценоз иммобилизованной биопленкиа анаэробного реактора. Вестник Казанского технологического университета. 2007, № 1, с. 37-41.
2. Кадысева А.А. Энергетические характеристики анаэробных систем обработки органосодержащих сточных вод и осадков очистных сооружений. Безопасность жизнедеятельности. 2008, № 9, с. 36-38.
3. Тарасова И.И., Кадысева А.А. Обзор некоторых проблем дезинфектологии. Журнал Ветеринария и веткормление. 2010. № 6, С. 58-60.
4. Павлинова И.И., Кадысева А.А. Интенсификация очистки сточных вод свиноводческого комплекса. Свиноводство. 2011, № 5, С. 36-38.
5. Кадысева А.А. Моделирование процессов роста микроорганизмов в дисперсной среде аэротенка полного смешения. Свиноводство. 2011, № 6, с. 30-32.
6. Кадысева А.А. Аэробная обработка концентрированных сточных вод предприятий АПКа в реакторе с погружным слоем загрузки. Журнал Ветеринария и кормление 2011, № 4, с. 36-37.
7. Денисов А.А.,а Тарасова И.И., Павлинова И.И., Калистратов И.М., Кадысева А.А. Оптимизация биоценозов активного ила очистных сооруженийа животноводческих комплексов дляа снижения антропогенной нагрузки на водные экосистемы. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13, (2)а С. 158-161.
8. Денисов А.А, Калистратов И.М., Кадысева А.А. Модернизированнаяа технологияа переработкиа жидких отходова предприятий АПК. Доклады РАСХН. 2012. №1, С. 51-54. а
9. Денисов А.А., Павлинова И.И., Калистратов И.М., Кадысева А. А. Применение псевдоожиженного слоя в биологической очистке сточных вод предприятий АПК. Вестник Россельхозакадемии. 2011. № 6, С. 34-35.
10. Кадысева А.А. Оптимизация комбинированных установок биологической фильтрации. Журнал Ветеринария и веткормление. а2011, № 5, С. 19-20.
11. Павлинова И.И., Кадысева А.А. Расчетно-экспериментальные исследования процессов передачи кислорода в сооружениях биологической очисткиа животноводческих сточных вод. Свиноводство. 2011, № 8, с. 69-72.
12. Денисов А.А., Кадысева А.А., Ганяев А.М., Чичиелишвилли Г.Д., Бондырев Д.Е., Калистратов И.М., Махров С.В., Скребнев Ю.В. Моделирование роста активного ила в аэротенказ идеального смешения. Ветеринарная медицина. Межведомственный тематический научный сборник. Харьков. 2011, Вып. 95, С. 53-54.
13. Денисов А.А., Кадысева А.А., Ганяев А.М., Чичиелишвилли Г.Д., Бондырев Д.Е., Калистратов И.М., Махров С.В., Скребнев Ю.В. Применение псевдоожиженного слоя для повышения качества очистки сточных вод в аэротенке. Ветеринарная медицина. Межведомственный тематический научный сборник. Харьков. 2011, Вып. 95, С. 55-56.
14.а Кадысева А.А., Биотехнологический метод удаление азота из сточныха вода АПК. Журнал Ветеринария и веткормление. а2012, № 1, С. 38-41.
15. Денисов А.А., Павлинова И.И., Николаев В.Г., Кадысева А.А., Жуйков В.Ю., Жуйкова Л.И., Косарев А.К., Гончарова А.В., Жакевич А.А., Зайнуллин Н.Р., Фролов И.Ю. Установка для очистки сточных вод. Патент РФ N2404133 по заявке Nа 2009108196 от 10.03.2009 г.
16. Кадысева А.А., Кныш А.И., Попова В.В., Русаков В.Н. Водно-солевой режим орошаемых земель Омского Прииртышья и его оптимизация (монография). Омск, изд-во ОмГАУ, 2009 г. 9,5 п.л.
17. Кадысева А.А., Кныш А.И. Биотехнологические методы очистки сточных вод (монография). Омск, изд-во ОмГАУ, 2009 г. 8,4 п.л.
18. Кадысева А.А., Ушакова И.Г. Словарь-справочник по курсу Химия и микробиология воды. Омск, изд-во ОмГАУ, 2009 г. 8,4 п.л.
19. Павлинова И.И., Кадысева А.А., Юдин П.В. Организация гидродинамического режима псевдоожиженных систем очистки сточных вод. Сборник статей. II Межд. науч.-практ. конф. СТРОИТЕЛЬНАЯ ИНДУСТРИЯ: вчера, сегодня, завтра.а Пенза, аоктябрь, 2011. С. 134-137.
20. Павлинова И.И., Кадысева А.А., Елизарова К.А. Совершенствование технологии биологической очистки сточных вод - путь к безопасности жизнедеятельности мегаполиса. Сборник статей. II Меж. науч.-практ. конф. СТРОИТЕЛЬНАЯ ИНДУСТРИЯ: вчера, сегодня, завтра.а Пенза, аоктябрь, 2011. С. 134-141.
21. Кадысева А.А. О необходимости реконструкции очистных сооружений г. Ишима Тюменской обл. Вестник ОмГАУ. Научно-педагогический журнал. Мат. регион. науч. конф. молодых ученых аграрных вузов Сибирского федерального округа 20-21 мая 2003, с. 31-36.
22.а Павлинова И.И., Кадысева А.А. Стабилизация активного ила при аэробных и аноксических условиях. // Мат. Межд. науч.-практ. конф.а ааНаучные основы производства ветеринарных биологических препаратов, Щелково, 15 декадря 2006, с.207-210.
23. Павлинова И.И., Кадысева А.А. Гидродинамика псевдоожиженных систем очистки. // Мат. Межд. науч.-практ. конф.а ааНаучные основы производства ветеринарных биологических препаратов, Щелково, 15 декадря, 2006, с.211-215.
24. Кадысева А.А., Павлинова И.И.а Структура и динамика анаэробных бактериальных сообществ. // Мат. Науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и преподавателей МИКХиС Современные проблемы инженерных систем и экологии городов и населенных пунктов, Москва, 12 декабря 2006, с. 88-90.
25. Денисов А.А., Павлинова И.И., Кадысева А.А. Решение проблемы рационального водопользования и экологии гидросферы - поддержание оптимальных условий функционирования микробиологических популяций в процессе анаэробного сбраживания. // Мат. 5-й Межд. Конф. Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России, Пенза, 2007, с. 35-38.
26. Денисов А.А., Павлинова И.И., Кадысева А.А. Основы метода экологической защиты - морфологические и структурные особенности метагенных бактерий биопленки анаэробного реактора. // Мат. 5-й Межд. Конф. Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России, Пенза, 2007, с. 44-47.
27. Денисов А.А., Павлинова И.И., Кадысева А.А. Механизм роста и продуцирования бактериальных культур в анаэробном процессе. // Мат. 5-й Межд. конф Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России, Пенза, 2007, с. 48-49.
28. Кадысева А.А., Кугачева М.П. Биологическое удаление биогенных элементов, содержащихся в сточных водах. // Мат. Межд. Науч.-техн. форума Реализация Государственной программы развития рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы перспективы (26-27 февраля 2009 г.) Омск-2009, с.312-314.
29. Кадысева А.А.а Очистка высококонцентрированных сточных вод. Актуальные вопросы современного водохозяйственного комплекса // Межд. науч.-практ. конф.а - Омского государственного аграрного университета, 3-4 декабря 2009.: Омск:ИПК Макшеевой Е.А., 2009, с. 67-68
30. Кадысева А.А.а Стабилизация ила при аэробных и аноксических условиях. Актуальные вопросы современного водохозяйственного комплекса// Межд. науч.-практ. конф.а - Омского государственного аграрного университета, 3-4 декабря 2009.: Омск:ИПК Макшеевой Е.А., 2009, с. 99-100.
31. Кадысева А.А., Кныш А.И., Попова В.В. Историческое развитие гидротехники. Актуальные вопросы современного водохозяйственного комплекса // аМежд. науч.-практ. конф.а - Омского государственного аграрного университета, 3-4 декабря 2009.: Омск:ИПК Макшеевой Е.А., 2009, с. 33-39.
32. Денисов А.А., Кадысева А.А., Дмитриченков Д. Разработка комбинированных и активно-иловых систем обработки сточных вод с рециркуляцией активного ила. // Межд. науч.-практ. конф.а аВодоснабжение и водоотведение мегаполиса март 2009, Москва, с.47-48.
33. Кадысева А.А. Комбинированнае установки биологической фильтрации. // Межд. науч. конф. Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов, декабрь, 2009. Щелково. с. 630-632.а
34. Денисов А.А., Кадысева А.А. Комбинированные установки биологической фильтрации. // Межд. науч. конф.а аНаучные основы производства ветеринарных биологических препаратов декабрь, 2009. Щелково. с. 198-202.а
35. Кадысева А.А., Жакевич А.А., Нинаров А.А. Разработка комбинированных биофильтров и активно-иловых систем обработкиа сточных вод с рециркуляцией активного ила. // Мат. VIII Межд. Науч. Конф. Качество внутреннего воздуха и окружающей среды,а май 2010 г., Самарканд, с.504-506.
36. Кадысева А.А. Использование биогаза - одно из направлений при модернизации сооружений обработки осадков сточных вод. // Сборник докладов семинара молодых ученых и специалистов водного сектора стран СНГ в рамках международного водного форума Экватек-2010 Модернизация сооружений очистки сточных вод 1 июня 2010 г.
37. Денисов А.А., Павлинова И.И., Кадысева А.А. Гидродинамика псевдоожиженных систем очистки сточных вод. // Мат.II-й Межд. науч.-практ. конф.а памят. акад. РАН и РААСН С.В. Яковлева, Водоснабжение и водоотведение мегаполиса М.:Изд.Л.Будник. 2011. С.120-124.
38. Павлинова И.И., Кадысева А.А. Структура и динамика анаэробных бактериальных сообществ. // Мат.II-й Межд. науч.-практ. конф.а памят. акад. РАН и РААСН С.В. Яковлева, Водоснабжение и водоотведение мегаполиса М.:Изд.Л.Будник. 2011. С.277-282.
39. Кадысева А.А., Павлинова И.И. Оценка количества осадка предприятий АПК, подлежащих анаэробной стабилизации. // Мат. V-й Межд. науч.-практ. конф. Мониторинг экологически опасных промышленных объектов и природных экосистем, Пенза, 2011. С.113-115.
40. Павлинова И.И., Кадысева А.А.а Псевдоожиженные системы в технологииа биологической очистки сточных вод. // Мат. II-й Межд. науч.-практ. конф. Проблемы демографии, медицины и здоровья населения России: история и современность. Пенза, октябрь, 2011. С. 109-112.
Все авторефераты докторских диссертаций