Технология модернизации очистных сооружений
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МОДЕРНИЗАЦИИ СООРУЖЕНИЙ ИСКУССТВЕННОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Рассмотрены вопросы искусственной биологической очистки сточных вод от соединений азота. Представлены результаты экспериментальных лабораторных исследований процессов нитрификации и денитрификации. Получены положительные результаты по изъятию органических и биогенных веществ до требуемых значений. На лабораторном стенде отработаны технологические параметры работы сооружений. Разработана технология глубокой очистки сточных вод от соединений азота.
Ключевые слова: искусственная биологическая очистка, сточные воды, нитрификация, денитрификация, модернизация.
Сбросы недостаточно очищенных и неочищенных сточных вод оказывают негативное влияние на экосистему водных объектов. Зачастую на станциях России запроектирована традиционная биологическая очистка, не способная обеспечить удаление соединений азота и фосфора на уровне ПДК водоемов рыбохозяйственной категории, так как изначально была рассчитана на изъятие органических и взвешенных веществ [1, 2]. К тому же на большинстве очистных сооружений канализации (ОСК) России наблюдается высокий физический износ конструкций. Для повышения эффективности работы сооружений требуется внедрение технологий глубокой очистки и полное переоборудование станций [3, 4].
Современные технологии глубокой биологической очистки сточных вод от азота и фосфора являются сложными биохимическими процессами, чувствительными к внешнему воздействию, что влечет за собой обеспечение различной степени очистки на объектах при прочих равных условиях и подтверждает целесообразность при выборе технологии дифференцированного подхода, основанного на проведении экспериментальных исследований на стадии проектирования. Для соблюдения требований, предъявляемых к очищенным сточным водам, необходимо детальное изучение технологических режимов работы станции с учетом местных условий и индивидуальности состава и количества стоков.
Модернизация ОСК должна сопровождаться максимальным использованием барьерных возможностей станций с дополнением технологической схемы сооружениями и оборудованием глубокой очистки или доочистки сточных вод. Такой подход позволит подобрать оптимальные решения, повысить эффективность работы и снизить приведенные затраты на очистку сточных вод [5].
Целью данных исследований является разработка эффективных строительных технологий модернизации сооружений искусственной биологической очистки сточных вод на основе экспериментальных исследований.
Основными методами интенсификации работы сооружений искусственной биологической очистки сточных вод являются:
повышение окислительной мощности сооружений за счет увеличения дозы активного ила или ее оптимизации для достижения требуемого технологического режима (комбинирование биомасс);
создание условий для протекания биохимических процессов направленного удаления соединений азота и фосфора (глубокая очистка сточных вод в процессе нитрификации, денитрификации и дефосфотации).
Глубокое изъятие соединений азота обеспечивается созданием необходимого кислородного режима. Для протекания процессов денитрификации создаются аноксидные условия с дефицитом растворенного кислорода, чаще всего с механическим перемешиванием иловой смеси, для нитрификации — аэробные с аэрированием иловой смеси [6].
Проведенный литературно-патентный поиск показал, что наиболее эффективной и простой в эксплуатации является одноиловая схема нитриденитрификации [7]. Для оценки эффективности очистки, отработки технологических параметров работы и разработки технологии для модернизации сооружений искусственной биологической очистки сточных вод проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях.
Исследования проводились на лабораторном стенде научно-исследовательской лаборатории Московского государственного строительного университета. Стенд состоит из четырех последовательно расположенных колонн-реакторов объемом 4 л каждая и отстойника. Первая и третья колонны работали в аноксидном режиме и выполняли функции денитрификаторов, вторая и четвертая — в аэробном и выполняли функции аэротенков-нитрификаторов. В аноксидных зонах перемешивание осуществлялось с помощью мешалок. В аэробные зоны для перемешивания ила и создания необходимого кислородного режима компрессором нагнетался воздух. Очищаемая вода подавалась насосом-дозатором из бака. Для перекачки возвратного ила использовались эрлифты. Отвод очищенной воды осуществлялся из отстойника в канализацию. Объемы зон реактора и отстойника изменялись во время проведения эксперимента в зависимости от необходимых условий. Схема установки приведена на рис. 1.
Рис. 1. Лабораторная установка: 1 — первая аноксидная стадия; 2 — первая аэробная стадия; 3 — вторая аноксидная стадия; 4 — вторая аэробная стадия; 5 — отстойник; 6 — бак исходной воды; 7 — компрессор; 8 — поступающая сточная вода; 9 — возвратный активный ил; 10 — очищенная сточная вода; 11 — воздух |
Исследования проводились с использованием искусственно составленной сточной жидкости на основе пептона. Концентрации загрязняющих веществ были наиблее приближены к существующим в реальной сточной жидкости. В процессе экспериментов концентрации изменялись в зависимости от обеспечения необходимой нагрузки на сооружения.
Эксперимент проводился в следующей последовательности. Очищаемая сточная вода с заданными расходами из бака насосом-дозатором подавалась в первый и второй аноксидные реакторы, выполняющие функции денитрификаторов, где смешивалась с возвратным активным илом. Образовавшая смесь поочередно проходила аноксидные и аэробные реакторы, согласно схеме, приведенной на рис. 1. Из каждого ректора осуществлялся отбор проб для анализа эффективности очистки. После прохождения всех реакторов иловая смесь поступала в отстойник для разделения на очищенную сточную воду, отводимую в канализацию, и возвратный активный ил, подаваемый в денитрифи- каторы. В очищенной воде определялось содержание загрязняющих веществ и оценивалась эффективность очистки.
В процессе экспериментов контролировались следующие технологические параметры работы сооружений: доза ила по объему и по сухому веществу, иловый индекс, зольность ила, степень рециркуляции, концентрация растворенного кислорода, количество подаваемого воздуха, время аэрации.
Состав поступающих и очищенных сточных вод оценивался по следующим показателям:
биохимическая потребность в кислороде БПК5;
аммоний-ион NH4+;
нитрит-ион NO2-;
нитрат-ион NO3-;
фосфор фосфатов P-PO43-.
Во время проведения экспериментов поддерживались следующие показатели работы установки:
объемы первой и третьей зон — 2,4 л, второй и четвертой — 4,7 л; расход сточной жидкости, подаваемой в первый реактор, — 0,0216 м3/сут, в третий — 0,0144 м3/сут;
расходы возвратного активного ила в первый и третий реакторы — 0,02 м3/сут; время пребывания сточной жидкости в реакторах — 5,5 ч; доза ила — 2,4 г/л, зольность ила — 45 %;
концентрация растворенного кислорода в первом и третьем реакторах примерно равна 0,5 мгО2/л, во втором и четвертом — 2 мгО2/л и более.
Состав поступающей сточной жидкости изменялся с течением времени для варьирования нагрузки на сооружения. Концентрации по БПК5 изменялись от 93,1 до 277,5 мгО2/л, аммоний-иона — 9,1 до 33,6 мг/л, фосфора фосфатов — от 3,6 до 9 мг/л.
Во время эксперимента отмечалась высокая степень изъятия органических веществ и аммоний-иона. Очистка от органических веществ осуществлялась на высоком уровне и стабильно в течение всего эксперимента независимо от нагрузки по БПК на сооружение. Эффективность изъятия БПК составила в среднем 95,3 %, что обеспечивает требования к сбросу очищенных сточных вод. Сначала работа установки была нестабильной, и наблюдались колебания концентрации азотных соединений в очищенной воде. Однако после выхода в рабочий режим изъятие соединений аммонийного азота обеспечивалось до значений ниже предела определения. Эффективность очистки по NH4+ составила в среднем 95,9 %, а на завершающей стадии достигала 100 %. Изменение содержания азота в поступающей жидкости никак не влияло на очистку. Концентрации нитрит-иона и нитрат-иона увеличивались в процессе нитрификации в аэробном реакторе и снижались в процессе денитрификации в аноксидном. Отмечалось периодическое резкое увеличение их содержания в очищенной жидкости, что свидетельствует о незавершенных процессах нитрификации и денитрификации. В завершающей фазе экспериментов после стабилизации работы установки концентрация нитрит-иона была близка к 0, а концентрация нитрат-иона была незначительной. В целом стоит отметить высокую степень очистки от соединений азота в процессе экспериментальных исследований и обеспечение требований к сбросу очищенных сточных вод. Эффективность изъятия фосфора фосфатов была стабильна на протяжении всех испытаний и составила в среднем 46,3 %. Обобщенные результаты экспериментов приведены в таблице.
Обобщенные результаты экспериментов
|
Примечание. В числителе — пределы изменения, в знаменателе — среднее значение, нпо — ниже предела определения. |
По полученным данным определены скорости нитрификации и денитрификации. Удельная скорость окисления по БПК5 составила в среднем 22,54 мг БПК5/(габв-ч), по аммоний-иону — 2,87 мг КН4+/(габв-ч).
Работа пилотной установки показала возможность глубокого удаления соединений азота, в частности обеспечение полного изъятия азота аммонийного, при этом концентрации нитритов и нитратов в очищенной воде находятся в пределах предъявляемых требований. Также на установке отмечалась высокая эффективность очистки от соединений фосфора при правильном технологическом контроле и требуемом содержании нитратов в воде (порядка 12.. .14 мг/л), что свидетельствует о возможности применения на реальных сооружениях.
На основе проведенных исследований разработана технология модернизации сооружений искусственной биологической очистки сточных вод за счет переоборудования объемов действующих аэротенков в режим нитриденитрификации.
Схема традиционной искусственной биологической очистки в аэротенках приведена на рис. 2.
Аэротенк Отстойник Рис. 2. Схема традиционной искусственной биологической очистки в аэротенках |
Модернизация включает выделение зон денитрификации и нитрификации, отделенных полупогружными перегородками. Очищаемая жидкость подается в первый
0, 60 и второй денитрификатор 0,40, где смешивается с возвратным активным илом. Перемешивание иловой смеси в денитрификаторах осуществляется механическими мешалками, в зоны нитрификации подается воздух. Прошедшая все стадии очистки смесь поступает в отстойник для илоразделения. Модернизированная схема искусственной биологической очистки приведена на рис. 3.
Разработанная технология модернизации может быть использована в проектах реконструкции сооружений искусственной биологической очистки, а также при строительстве новых сооружений. Внедрение разработанной технологии позволяет повысить эффективность очистки стоков от соединений азота, сократить затраты на эксплуатацию сооружений за счет оптимизации затрат на электроэнергию и снизить массу загрязняющих веществ, сбрасываемых в водные объекты.
Библиографический список
1. Кулаков А.А., Лебедева Е.А., Умаров М.Ф. Исследование барьерных возможностей традиционной биологической очистки сточных вод на основе технологического моделирования // Экология и промышленность России. 2010. № 11. С. 33—36.
2. Гогина Е.С. Удаление биогенных элементов из сточных вод : монография. М. : Изд-во АСВ, 2010. 120 с.
3. Саломеев В.П., Гогина Е.С. Применение одноиловой системы денитрификации для реконструкции биологических очистных сооружений // Вестник МГСУ. 2009. № 3. С. 129—135.
4. Доклад о состоянии и охране окружающей среды Вологодской области в 2009 году / Правительство Вологодской области, департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Вологодской области. Вологда, 2010. 236 с.
5. Кулаков А.А., Лебедева Е.А. Разработка инженерных решений по модернизации очистных сооружений канализации на основе технологического моделирования // Водоочистка. 2011. № 12. С. 10—19.
6. Гогина Е. С. Исследование технологической схемы биологической очистки сточных вод для реконструкции очистных сооружений // Водоснабжение и санитарная техника. 2011. № 11. С. 25—33.
7. Гогина Е.С. Оптимизация процесса удаления соединений азота из бытовых сточных вод : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2000. 21 с.
Об авторах: Гогина Елена Сергеевна — кандидат технических наук, доцент, директор института инженерно-экологического строительства и механизации (ИИЭСМ), профессор кафедры водоотведения и водной экологии, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, (8495)730-62-53, goginaes@mgsu.ru;
Кулаков Артем Алексеевич — аспирант кафедры водоснабжения и водоотведения, ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ВоГТУ»), 160000, Вологда, ул. Ленина, д. 15, temichhh@yandex.ru.
Для цитирования: Гогина Е. С., Кулаков А. А. Разработка технологии модернизации сооружений искусственной биологической очистки сточных вод // Вестник МГСУ. 2012. № 11. С. 204—209.
Наши работы
- Оздоровительный комплекс "Ватутинки" Управления Делами Президента РФ.
- «ИКЕА - Тёплый Стан»
- «ИКЕА - Химки»
- Горнолыжный курорт «Сорочаны»
- Cкладской комплекс «MLP» Leningradsky Terminal
- Коттеджный посёлок «МДК»
- Жилой Комплекс «Мечта»
- Офисно-складской комплекс IEK
- Outlet Village Белая Дача
- Микрорайон «Южное Кучино»
- Новый микрорайон «Ново-Молоково»
- Новый микрорайон «Солнцево-Парк»
- 30-й Микрорайон в г. Балашиха
- Микрорайон Бутово-парк
- Очистные сооружения г. Адыгейск