ГЛУБОКАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА С ОБРАЗОВАНИЕМ МИНИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА

 

Все способы биологической очистки сточных вод от соединений азота основаны на процессах нитрификации и денитрификации, происходящих при участии определенных микроорганизмов, в результате чего соединения азота окисляются до нитритов и нитратов, а затем восстанавливаются до газообразного азота. Одним из основных преимуществом данных способов очистки является возможность их реализации  в  традиционных  сооружениях биологической  очистки – в аэротенках. Для процессов нитрификации необходимы аэробные условия с содержанием в воде растворенного кислорода 2-7 мг/л, а для процессов денитрификация – условия аноксидные (присутствие растворенного кислорода в количестве 0,5 мг/л и/или химически связанного) и анаэробные, при которых кислород отсутствует. Осуществление этих процессов возможно не только аэротенках, но и в биофильтрах, соответственно, при очистке задействуется  как прикрепленная, так и взвешенная форма активного ила. В данной работе будет рассмотрены возможности их одновременного  применения, при этом прикрепленная биомасса будет присутствовать как на загрузке сооружений биофильтрации, так и на плавающей загрузке в аэрационном сооружении.

Исследование процессов нитрификации и денитрификации началось довольно давно и к настоящему времени данные процессы хорошо изучены. Многочисленные исследования позволили изучить способы повышения эффективности процессов нитрификации и денитрификации непосредственно в условиях работы существующих очистных сооружений.

К настоящему времени разработаны различные варианты технологических схем очистки с использованием принципов нитрификации и денитрификации. Систематизировать их можно по различным вариантам их исполнения. В качестве реакторов нитрификации и денитрификации могут выступать как реакторы с активным илом, так и биофильтры.

По количеству формирующихся илов различают одноиловые, когда оба процесса происходят в структуре одной биомассы, и двухиловые системы, когда для каждого из процессов используется отдельный ил.

В качестве еще одного способа классификации систем очистки является тип дополнительно вводимого субстрата в системах денитрификации. В качестве такого может выступать метанол, собственно ил, другие источники углерода.

В исследованиях различных ученых отмечается, что внедрение систем нитрификации и денитрификации, а также методов интенсификации данных процессах широко может применяться не только при строительстве новых сооружений, но и при реконструкции существующих. Запроектированные не одно десятилетие назад, эти сооружения, как аэрационные, так и биофильтрационные уже не могут обеспечивать установленные нормативами показатели качества очистки, ужесточившиеся особенно в отношении биогенных элементов. Существенный моральный и физический износ делает это просто невозможным. Вариантов реконструкции при этом в каждом случае несколько. На аэрационных сооружениях в зависимости от конкретных условий и требований могут быть реализованы различные схемы очистки, позволяющие добиться нужных показателей. Говоря о сооружениях оснащенных биофильтрами, в большинстве случаев загрузочный материал биофильтров после долгих лет эксплуатации закольматирован, поэтому наиболее простой вариант реконструкции – это замена данного загрузочного материала на новый с лучшими характеристиками. Однако сама по себе замена загрузочного материала может не оказать нужного эффекта, если не провести более масштабную, технологическую реконструкцию с внедрением новой технологии очистки. Еще одним вариантов технологической реконструкции является включение существующих биофильтров в многоступенчатые технологические схемы очистки, способные обеспечить нормативные требования очистки, как по органическим загрязнениям, так и по биогенным элементам. При этом одним из наиболее интересных является комбинация фильтрационных и аэрационных сооружений. [14]

Одним   из   перспективных   путей   интенсификации   процесса глубокой биологической очистки сточных вод от соединений азота является использование иммоби­лизованной микрофлоры, применение которой позволяет улучшить эффект удаления из сточных вод как органических веществ, так и соединений азота. Кроме того, важным преимуществом сооружений, оснащенных загрузочным материалом с иммобилизированной микрофлорой, является значительное снижение образования избыточной биомассы по сравнению с другими типами сооружения биологической очистки.

Сооружения биологической очистки с минимальным образованием избыточного ила работают по принципу биотенка (биореактора) - аэротенка  с насадкой, изготовляемой в виде кассет или блоков из жестких элементов или же гибких рулонных материалов. Насадка позволяет увеличить концентрацию ила в биореакторе за счет закрепления микроорганизмов на ней. С увеличением концентрации ила возрастает пропускная способность сооружения, которая в обычных условиях лимитируется работой вторичных отстойников, не способных разделить иловые смеси при концентрации свыше 4—6 г/л[1,2,4]. При использовании в качестве насадки насыпных и волокнистых материалов (например, в виде ершей) необходима их периодическая регенерация от чрезмерного накопления биомассы путем интенсивной аэрации.  Биореактор разделяется на секции, каждая из которых заполняется загрузочным материалом определенного типа.

При этом сооружения работают как реакторы идеального смешения: сточная вода последовательно проходит через все секции реактора, контактируя с иммобилизованным биоценозом. Конструкция сооружения исключает проскок неочищенных сточных вод и обеспечивает высокое качество очистки стоков[4,6,12]. Общая организация процесса очистки сточных вод, реализуемая в системе позволяет осуществлять процесс очистки сточных вод в режиме продленной аэрации, рассчитанном на полное окисление органических загрязнений стоков, минерализацию биомассы и нитрификацию. Для обеспечения процессов нитрификации и денитрификации выделяются аэробные и анаэробные зоны, а также предусматривается рециркуляция стоков, содержащих нитраты и нитриты[2,6,13].

        Окисление органических загрязнений сточных вод осуществляется иммобилизованной микрофлорой. Условия работы биореакторов  с минимизацией образования избыточного ила являются специфическими и отличаются от условий, в которых работают существующие биореакторы очистки стоков: загрузка располагается по увеличению удельной площади поверхности, причем загрузкой заполняется весь объем камер биореактора. Таким образом,  свободно плавающий активный ил полностью отсутствует.

При этом недоокисленные органические загрязнения, а также биопленка, выносимые из предыдущих камер биореактора являются питанием для микрофлоры на последующих стадиях очистки. Этим  и достигается минимизация образования избыточой биомассы и предотвращение заиления загрузки.

     Для увеличения поверхности контакта для установок очистки стоков небольшой производительности используется новый тип жесткой плоскостной загрузки. Загрузочный материал предсавляет собой волокнистые маты толщиной до 50мм, с различным расстоянием между волокон. Используемый тип плоскостной загрузки, позволяет увеличить массу иммобилизованной на поверхности материала микрофлоры и исключить заиливание загрузки. Увеличение слоя биомассы способствует развитию в ней нитрификаторов и денитрификаторов. Для оптимизации гидродинамического режима движения жидкости стоков и формирования развитой биологической массы, маты плоскостной загрузки должны располагаться вертикально и  параллельно потоку  жидкости. Для аэрации сточных вод и возможной регенерации загрузки под матами располагаются трубчатые мембранные аэраторы.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.     СНиП 2.04.03-85* Канализация. Наружные сети и сооружения.

2.     Справочное пособие к СНиП 2.04.03-85. Проектирование сооружений для очистки сточных вод. М., 1990г.

3.     Справочник проектировщика «Канализация населенных мест и промышленных          предприятий», М., Стройиздат, 1981г.

4.     С.В. Яковлев, Воронов Ю.В. «Водоотведение и очистка сточных вод». Москва, Стройиздат, 2002г.

5.     С.В. Яковлев и др. Биологическая очистка производственных сточных          вод., М., Стройиздат, 1985г

6.     Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й, Арван Э. Очистка сточных вод: Пер. с англ. -М.: Мир, 2004г.

7.     Разумовский Э.С., Медриш Г.Л., Казарян В.А., Очистка и обеззараживание сточных вод малых населенных мест. М., Стройиздат, 1986г

8.     Е.Я. Соколов, Н.М. Зингер. Струйные аппараты. М., Энергоатомиздат,1989г.

9.     Е.И. Гончарук и др. Малогабаритные очистные сооружения канализации. К., Будiвельник, 1974.

10.  Жмаков Г.Н. ,Смирнов Д.Г. «Опыт применения струйных систем аэрации на сооружениях биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод». Сборник докладов научно-технической конференции  по итогам НИРС за 2006-2007 год.

11.  Жмаков Г.Н. ,Смирнов Д.Г. «Применение эжекторной системы аэрации при аэробной стабилизации избыточного активного ила». Сборник научных трудов  Юбилейной десятой международной межвузовской научно-практической  конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» Москва, 2007 год.

12.  М.Н. Ненашева, Л.Ф. Добрынина, Т.Ф. Шарипова «Научная концепция создания очистных сооружений «нового типа» для очистки сточных вод в малых населенных пунктах» Вестник ОГУ №3, 2002г.

13.  С.В. Яковлев, Е.В. Соколова, О.С. Трояк. В.И. Гамов. «Опыт проектирования и внедрения  сооружений глубокой биологической очистки сточных вод от биогенных элементов» Часть-2. ФГУП НИИ ВОДГЕО 2004г.

14.  Хенце М., Армоэс П., Ля Кур Янсен Й., Арван Э., Очистка сточных вод. М. 2004, с. 113-132, 246-269, 281-302

+++

Макиша Н.А., кандидат технических наук

Директор научно-образовательного центра «Водоснабжение и водоотведение»

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

Смирнов Д.Г. Аспирант, заведующий лабораторией научно-образовательного центра «Водоснабжение и водоотведение» ФГБОУ ВПО «МГСУ»