IV. РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ

След достигане на динамично равновесие в системата (два месеца след пускане на инсталацията) при контактно време 6 денонощия са измерени основни технологични параметри в анаеробните камери за микробна сулфат-редукция (Таблица 10).

Изчислената скорост на микробна сулфат-редукция в анаеробна камера 2 е 85.7±9 mg SO₄^2-/l.d, а тази в анаеробна камера 3 е 43.8 ±8 mg SO₄^2-/l.d. Намаляването на скоростта на процеса се дължи на по-ниските концентрации сулфати, подавани на входа на всяка следваща каскадно разположена камера. Количествата на сероводорода във водите са достатъчни, за осигуряване на потенциал във втора и трета МГК, съответно 641±40 и 647±30 mV.

В този начален момент от работа на инсталацията (два месеца след зареждане) се измериха високи стойности на ХПК в течната фаза и на трите анаеробни камери (над 1150 mg/l), като се установи тенденция за повишаване при всяка следваща камера (таблица 10). Този резултат е свързан с протичането на разнообразни реакции на хидролиза на бързо разградимите високомолекулни органични полимери, така и на ферментации на получените захари и аминокиселини.

Следващият етап от работата включваше изследване на промяната на контактното време върху скоростта на процеса сулфат-редукция, отстраняването на мед от водите и генерираното напрежение. Данни за изследваните параметри при намаляване на контактното време на четири денонощия са представени в таблица 11.

Промяната в технологичния режим се отрази на всички изследвани параметри. рН на изходящите от камерите води бе в диапазона 7.59 – 7.73, стойности по-ниски от получените при контактно време 6 денонощия, което най-вероятно се дължи на добавяните към водите по-ниски концентрации генерирани бикарбонатни йони от различни микробни процеси. Скоростта на микробна сулфат-редукция бе съответно 232.5, 127.5 и 99.5 mg SO₄^2-/l.d за 1, 2 и 3 анаеробни камери. Най-високи концентрации сероводород 129±23 mg/l са измерени в изходящите води на анаеробна камера 1, но вероятно поради наличието на високи концентрации органични вещества и формиране на електроактивен биофилм върху повърхността на анода напрежението при отворена верига и при трите микробни горивни клетки бе високо, в диапазона 467 - 599 mV. При намаляване на контактното време не се установи повлияване на ефективността на пречистване на водите от мед (таблица 11).
Таблица 11. Основни параметри на изходящите от камерите води при поддържане на контактно време 4 d и температура 22 ^оС

Съоръжение	рН	Мед, mg/l	Сулфати, mg/l	ХПК, mg/l	Н2S, mg/l	Напреже-ние, mV
Разтвор	5,5±0,03	60±3	2000±15	-	-	-
Ан. камера 1	7,43±0,03	0	1070±152	980±35	129±23	531 ±35
Ан. камера 2	7,44±0,05	0	560±114	995±25	71±19	556±43
Ан. камера 3	7,45±0,04	0	162±45	1010±30	38±14	498±31

Увеличаването на контактното време на 8 денонощия (таблица 12) доведе до повишаване на стойностите на рН на изходящите от камерите води. При този технологичен режим в сравнение с контактно време 4 d се увеличи концентрацията на разтворената органична материя, за което може да се съди по по-високите стойности на ХПК. Измерените концентрации обаче, бях значително по-ниски от тези, установени при контактно време 6 денонощия. Установи се също така повишаване на концентрацията на сулфатите в изходящите от камерите води. Измененията в ХПК и концентрацията на сулфатите се дължат на продължителната работа на анаеробната пасивна система (4 месеца след пускане на инсталацията). Скоростта на процеса сулфат-редукция за трите анаеробни камери бе съответно 133.9, 58.3 и 51.4 mg SO₄^2-/l.d. Изследваният замърсител – мед отново напълно се утаяваше под формата на сулфид още в анаеробна камера 1 и не бе установен в изходящите от нея води.

Данни, относно динамиката на рН, концентрацията на сулфати, сероводород, ХПК на изходящите води, скорост на сулфат-редукция и напрежение при отворена верига на МГК, интегрирани в каскадно свързаните анаеробни камери са представени и на фигурa 5.

- Най-високи стойности на напрежение при отворена верига са измерени в началото на експеримента, когато водите съдържат високи концентрации нискомолекулни органични вещества, продуцирани в средата вследствие на хидролизата на бързо-разградимите органични полимери;

- Концентрацията на микробно продуцирания сероводород влияе върху напрежението при отворена верига, но освен процеса сулфат-редукция голяма роля в генерирането на напрежение имат и други протичащи в създадените условия анаеробни микробни процеси;

- Тъй като във времето върху анода се формира микробен биофилм и се отлага пасивиращ слой елементарна сяра се очаква ефективността на горивния елемент да намалява във времето. Вероятно микробен биофилм се формира и върху повърхността на катион-обменната мембрана, като по този начин се намалява нейната пропускливост;

- За да се определи коректно влиянието на контактното време върху работата на МГК в системи за пасивно третиране на води е необходимо да се направи експеримент с предварително получен разтвор от биологично разградима отпадъчна органична материя и внесени сулфати с точно определена концентрация, като при промяна на режима да се подменя и самия горивен елемент, като се спазват първоначалните конструктивни особености.

От представената по-долу фигура 6 се вижда, че в през първите месеци от работата на анаеробната пасивна система с най-добри показатели се характеризира микробна горивна клетка 3, следвана от МГК 1 и накрая МГК 2. В МГК 3 е установена максимална плътност на мощността 101,1 mW/m² при плътност на тока 267,1 mA/m², получени при приложено съпротивление 90 Ω.

От таблицата се вижда, че дори при среднодневна температура 0 ^оС протичат микробни процеси с участието на психрофилни микроорганизми, което позволява повишаване на рН на водите от 5,5 до рН в диапазона 7.6 – 7.7.

По-ниските концентрации на разтворени органични съединения във водите (ХПК в диапазона 410 – 462 mg/l при трите изследвани температури) в сравнение с първите месеци на работа на инсталацията бяха предпоставка до значително понижаване на скоростта на процеса сулфат-редукция.

При среднодневна температура 0 ^оС скоростта на процеса в трите анаеробни камери бе в диапазона 16.3 – 28 mg SO₄^2-/l.d, като най-висока скорост бе измерена в анаеробна камера 3. Слабо повишаване на скоростта на сулфат-редукция се отчете при температура 8 ^оС – 21.3 – 31 mg SO₄^2-/l.d. При температура 20 ^оС бе изчислена скорост на процеса в диапазона 27.5 – 38.8 mg SO₄^2-/l.d.

Установи се, че при ниски температури концентрацията на микробно генерирания сероводород е значително по-ниска в изходящите води от анаеробни камери 1 и 2, в сравнение с тази на водите от камера 3. При температура 20 ^оС бе наблюдавана обратната закономерност. Подобни резултати са получени в началото на пускане на инсталацията при температура 22 ^оС, което предполага по-значителни емисии сероводород на изхода на инсталацията при повишени температури.

Напрежението при отворена верига за трите интегрирани микробни горивни клетки при различните температури е представено на фигура 7. От фигурата се вижда, че след достигане на системата в динамично равновесие (поддържане на ХПК в диапазона 400 – 470 mg/l) с едно изключение (МГК 3 при температура 20 ^оС) при повишаване на температурата са измерени по-високи напрежения.

От таблицата се вижда, че при направените четири експеримента рН на третираните разтвори се повишава вследствие протичането на доминиращия процес – дисимилативна микробна сулфат-редукция, като най-висока стойност (7.62) бе измерена при съотношение на ХПК:SO₄^2- 0.23. При това съотношение бе измерен най-ниския окислително-редукционен потенциал (-225 mV). При всички проведени експерименти поради редукцията на сулфатите до сероводород се отчете понижаване на електропроводимостта, като отново най-голяма разлика в стойността на параметъра на разтворите преди и след третиране бе наблюдавана при съотношение ХПК:SO₄^2- 0.23.

Данните от таблица 15 кореспондират с представените по-горе измервания. С най-висока скорост - 0,163 mg SO₄^2-/l.d процесът сулфат-редукция протича при съотношение ХПК:SO₄^2- 0.23. От получените резултати се вижда, че началната концентрация от 2 g/l сулфати е оптимална за микробния процес, осъществяван в условия, типични за анаеробните камери за пречистване на руднични води. Това се потвърждава и от измерените най-високи концентрации сероводород (169,32 mg/l) в изходящите води от анодната област на горивния елемент при съотношение ХПК:SO₄^2- 0.23.

При този експеримент бе отчетена и най-ниска стойност на ХПК на третирания разтвор, като ХПК на входящите води намалява от 466,5 mg/l на 181,5 mg/l. Данните за перманганатната окисляемост (таблица 15) кореспондират с резултатите, получени за ХПК.

С малко по-ниска скорост (0,131 mg SO₄^2-/l.d) процесът сулфат-редуция протича при съотношение ХПК:SO₄^2- 0.16, при което началната концентрация на сулфатите е 3,0 g/l. ХПК при този експеримент спада от 466,5 mg/l на 188,4 mg/l, а концентрацията на сероводород в изходящите от горивния елемент води е по-ниска - 129,11 mg/l.
Таблица 15. Стойности на измерваните параметри на изхода от анодната област в края на експеримента

При другите две изследвани съотношения на ХПК:SO₄^2- (0.47 и 0.93) скоростта на сулфат-редукция бе много по-ниска, съответно 0,077 и 0,062 mg SO₄^2-/l.d. Стойностите на ХПК и перманганатната окисляемост на изходящите води от анодната област при тези експерименти са по-високи в сравнение с резултатите, получени при използване на разтвори със съотношение ХПК:SO₄^2- 0.23 и 0.16. Концентрацията на сероводорода в третираните води също бе значително по-ниска (41,11 и 77,3 mg/l).

При всички направени експерименти се установи повишаване на концентрацията на амониевия азот от 26,25 mg/l до стойности в диапазона 49,35 – 55,32 mg/l. Генерирането на амониев азот е следствие на протичане на амонификация на съдържащите се протеини в използвания извлек. Този процес, както и микробната сулфат-редукция е от значение за повишаване на рН на разтворите в анодната област на горивната клетка.

От получените резултати може да бъде направен извода, че при осъществяване на процеса микробна сулфат-редукция в съоръжения за пасивно третиране на руднични води важни фактори, оказващи влияние върху неговата скорост са, както концентрацията на сулфатите във водите, така и съотношението на донорите на електрони и крайния акцептор. Тъй като в анаеробните камери се използва твърд отпадъчен органичен материал в първите два-три месеца ХПК се характеризира с високи стойности (над 1000 mg/l) поради хидролизата на лесно разградимите биологични полимери. След продължителна работа на камерите стойностите на ХПК спадат значително и се поддържат в диапазона 400 – 470 mg/l. Този фактор, както и концентрацията на сулфатите в третираните руднични води трябва да се има предвид при оразмеряване на съоръженията за анаеробно пречистване, с цел осигуряване на необходимото контактно време за ефективно отстраняване на тежките метали под формата на неразтворими метални сулфиди.

Каталог: docs -> N Juri -> rosen%20ivanov%20doctor
N Juri -> Конкурс за професор по Професионално направление Науки за земята
N Juri -> Конкурс за професор по научно направление 8 „проучване, добив и обработка на полезни изкопаеми" специалност „минно строителство"
N Juri -> И. Паздеров І. Дисертация и публикации, които са части от дисертационния труд
N Juri -> 19. Резюмета на трудовете, с които кандидатът участва 7а. Научни публикации до получаване на онс „Доктор“ (научна степен „Кандидат на техническите науки“), 1978-1988 г
N Juri -> Конкурса за получаване на научното звание "професор" по Професионално направление „Проучване, добив и обработка на полезни изкопаеми"
N Juri -> Конкурс за академичната длъжност „професор" по професионално направление Проучване, добив и обработка на полезни изкопаеми, специалност "Техника и технология на взривните работи" за нуждите на катедра Подземно строителство
N Juri -> С п и с ъ к на научните и научно-приложните трудове на доц д-р Венелин Желев Желев
N Juri -> Конкурс за академичната длъжност „професор" по професионално направление Икономика, специалност „Икономика и управление по отрасли"
N Juri -> Моделиране показатели на находища на подземни богатства и свързани с тях обекти чрез компютърни системи

Изтегляне 9.85 Mb.

Сподели с приятели: