17. Технологические схемы удаления фосфора на ос(биологическим и химическим методом).

Трансформация соединений фосфора при биологической очистке СВ.

В природе практически всегда фосфор находится в виде фосфатов. Есть органические и неорганические соединения фосфора.

В СВ фосфор м. присут в разных состояния(растворен, коллойд, взвешенн). В нераствор виде наход во взвеш состоянии. Нерастворимый фосфор прочно СВязан с др соед, абсолютно инертен, не участвует в процессах биол очистки. Если он попадет в водоемы, то не приносит вреда.

Основная доля фосфора находится в коллоидной форме. Фосфаты и полифосфаты гидролизуются в рез очистки в ортофосфаты. Взвешенные формы фосфора частично осаждаются в по и частично сорбир на актив иле. В биол процессах и в водоемах участвуют растворимые формы, которые усваиваются биологически.

В природ водоемах фосфора очень мало, но это для неэфтрофированных водоемов. Растворимый фосфор – основное вещество для развития водорослей в водоемах.

Глубокое удаление фосфора – основная мера для предотвращения цветения водоема. Если удалить либо азот либо фосфор, то уже цветения водоема не произойдет.

Определение фосфора – это не показатель, т.к. много инертных форм фосфора, поэтому определяют фосфаты. В бытовые воды фосфора до фига поступает от выделения человека, а остальное от моющих средств. В пСВ до фига фосфора: мясокомбинаты, пивоваренные заводы, птицефабрики, горнообогатительные комбинаты и тд. У нас в регионе фосфатов до 10мг/л, фосфора общего до 30мг/л. Если применяют классическую биологическую очистку с нитрификацией, то фосфора удаляется до 50%. Если на соор примен технологию обезвоживания осадка, то весь удаленный фосфор с надиловыми водами возвращ в систему.

В аэробных условиях аэротенков идет процесс минерализации фосфатов с помощью бактерий: aerobacter, artrobacter, moraxella и тд. Это фосфор аккумулирующие организмы(ФАО). Раньше долго считалось, что тока одна группа бактерий acinetobacter ответственна за переработку фосфора.

Действие фао:

ПНО – полимер насыщенные оксикислоты

П опадая в условия, где нет кислорода, клетка начинает выкручиваться, бактерия потребляет одноосновные простые кислоты(уксусная, пропионовая) для обеспечения жизнедеятельности клетки, одновременно поступает гликоген и происходит разрушение фосфатов. Потом, когда клетка попадает в аэроб условия, клетка дышит, отдает часть веществ, полифосфат начинает жадно потреблять фосфор на случай следующего стресса и копит его.

При изъятии фосфора д.б., чтоб как м. было короче отстаивание и сильно влияет рН.

Технология повышения эффективности удаления фосфора из СВ.

Эта технология основана на денитрификации.

В европе принято химическое удаление фосфора и биол удаление азота.

Очистка от биоген элементов базируется на традиционных способах очистки. Было отмечено, что биол изъятие биоген элементов очень различается на каждых ос, в зависимости от состава СВ и тд.

В обычной очистке в основных звеньях есть аэроб, анаэроб, анаксидные и др зоны в аэротенках.

Окислительные процессы осущ макроаэрофилами в зоне А, в зоне Б сниж активные формы азота за счет образования газа. В В сначала анаксидные условия, сначала растет фосфор(фосфаты, во вторичной аэробной зоне сниж фосфаты. Последовательное использование стадий позволяет извлечь азот и фосфор. Анаксидная зона(вторая) будет на голодании, надо во второй блок добавлять легко окисляемую органику.

Может быть комбинированная схема очистки и м.б. 2х ступенчатая схема(сначала окисление органики и потом очистка).

Необходимая конц легкоокисляемой органики в СВ, подаваемых в денитрификатор:

2. 

Получается, что ХПК показ сложноусваиваемую часть органики. Для обеспечения удовлетворит денитрификации надо направлять 50% СВ на отстаивание. Для успешной денитрификации надо предусматриват денитрификатор, он д. составлять 1/3 от объема нитрификатора. Период денитрификации СВ м. составлять от 0,5часа до нескольких часов. Принято мешать жидкость тихоходными банановыми мешалками. В россии большое распространение получила крупнопузырчатая аэрация, но в производственных условиях получается, что воздух попадает в воду и поэтому лучше перемешивать мешалками.

Требуется реконструкция сооружений для хорошей очистки от азота и фосфора:

1. Установка решеток с прозором не более 6мм.

2. Налаживание работы песколовок для удаления мелких фракций (0,9мм)

3. Устройство анаэробного тенка с перемешиванием смеси и подачи в него лекгоокисляемой органики в случае низкой БПК на входе.

4. Обеспечение дополнительных рециркуляционных потоков иловой смеси.

5. Обеспечение быстрой и интенсив денитрификации(нужна аноксидная зона).

6. Проведение мероприятий по удержанию биомассы реактора, что обеспечивается эффективной рециркуляцией, возможно использование носителей прикрепленной биомассы, замедление потока разными гидравлич соор

7. Либо полный отказ или реконструкция стабилизаторов и уплотнителей, либо сделать так, чтоб возврат не осуществлялся

8. Следить за обеспечением рН 6,5-8.

9. Для управления процессом требуется выдерживание хорошего анаэробного процесса, тем лучше аэробное изъятие фосфатов.

10. Расчет анаэробного реактора производят по наихудшим условиям

11. Стабильность анаэроб процесса обеспеч возрастом ила (8-9 суток), ограничивать возраст нитрифицир ила. Чем больше возраст аэроб ила, тем хуже удаление фосфора. Возраст ила не д.б. более 14 суток, если нет, то надо увел зону анаксидную денитрификации.

Объемы зон рассчит из уравнений денитрификации. Период пребывания в анаэроб стадии 10-15%, анаксидной 15-25, аэробной 60-70%. Если общее время обработки 12часов: в анаэроб зоне 1,5ч, анаксид 2,5, 8 часов – аэробная зона. Но это теоретически и надо в каждом случае проверять на практике. Каждой реконструкции д. предшествовать расчеты.

Интенсивность аэрации для денитрификации и депонирования в клетках фосфатов: 3,5-5,6м3/м2*ч.

Система аэрации д. обеспечивать подаваемость воздуха 15-20% от общего забора воздуха. Это довольно много, значит нужна очень эффективная система аэрации.

А наэробно-оксидный (А/О) процесс очистки СВ:

Она примен на высоконагруж соор пп. Эта схема применима в тех случаях, когда содержится много углеродсодерж органики, высокое содерж фосфора, азота мало, высокие нагрузки на ил.

UCT(1984г.):

Это модификация предыдущей системы с тремя рециркулирующими потоками(в других схемах было по 2а потока). Эффективность этой схемы по БПК 95%, по общ азоту 80%, по фосфору 70%.

Phoredox(1976г.):

Э та схема очень эффективна по удалению фосфора. Анаэробная зона с очень коротким периодом пребывания в ней СВ(1-3часа), там идет накопление фосфорнакапливающих бактерий, там же идет денитрификация. ОСВетленные СВ поступают в анаэробную зону, 2е анаксидные зоны.

М одифицированный процесс изъятия фосфора(Phostrip

Здесь используют реагенты, которые реагируют с фосфором, но использование этих реагентов приводит к падению рН в исходной воде. Алюминий сорбируется на поверхности и происходит вспухание ила. Если используем соли алюминия или железа, то на 1 молекулу фосфора приходится 1,5 молекулы железа или алюминия. При обработке известью поднимающей щелочной резерв и улучшаем работу аэротенка, но минус – это расход большой извести. Все это удобно, но надо обращение с реагентным хозяйством со всем оборудованием и накладками. Даже в Европе применяется в основном реагентная обработка, так фосфор зашибися удаляется. Чем больше реагента, тем больше оседает фосфора. Если ВВ много, то эффективность падает. При небольшом содержании ВВ реагентная обработка действует лучше. У нас в России идет в основном реагентная очистка СВ от фосфора.

Внутренняя рециркуляция в аэротенках: до 5400м3/час, 1,5-2,5кВт, 710-360 об/мин. Возвратного ила: до 18000 м3/час, 7,5-460кВт.

18. Биологическая оСВ в естественных условиях: проектирование, устройство, эксплуатация полей орошения, фильтрации и фоп, биопрудов. Роль высшей водной растительности в процессах очистки и самоочищение водоемов.

В качестве основных методов борьбы предлагалось насыщение воды воздухом, извлечение водорослевой массы и тд, но все эти методы так тока в разработке.

Гниющая солома подавляет зарастание водоема, но толком не знают почему.

Кроме цветения, надо помнить, что аммиак – ядовитое соединение для рыб. Высшие водные растения препятствуют цветению водоема, это важно для биопрудов.

При эксплуатации биопрудов, персонал д. следить за их работой, препятствовать обрастанию бортов и тд.

Естественная биологическая очистка.

Наиболее простыми ос являются:

1. Поля фильтрации

2. Поля подземной фильтрации

3. Гидроботанические площадки

Все сооружения делят на 2 группы: сооружения с фиксированной биомассой, сооружения со Свободной поверхностью.

В Свободном объеме проходит стадия снижения БПК, потом идет нитрификация, в соор с фиксир биомассой стадия углеродная и нитрификация идут одновременно, а денитрификация идет в глубоких слоях(где нет кислорода).

Поля фильтрации и орошения:

П оля фильтрации – специально спланированные земельные уч-ки, предназн для биол очистки предварительно осветленных СВ. спланированные участки (карты), каждая карта по периметру ограничена валиками, подаваемая СВ подается по открытым бороздам. Совокупность каналов – оросительная сеть. Сбор и отведения очищенной воды идет по дренажной системе, которая м.б. открытая в виде каналов(лотков) и закрытая (в виде полиэтиленовых труб, чтобы не лопались). Трубы кладут на гравийную или щебневую подсыпку на глубину 1,2-2м. эта система – осушительная, для подъезда на карты автотранспорта, устраивают дороги. Обычно делают постоянную и временную сеть, постоянная сеть не нарушается в ведении работ, а временная нарезается перед поливом на карту.

Нагрузка на лот=30л/сут для песка, 15л/сут для супеси. На концевых участках трубы на 70 см стоякОбычно СВ на поля подается самотеком в наиболее высокую точку полей, наименьшие уклоны картовых оросителей 0,001-0,002, для распред – 0,005. Выпуски СВ из картового оросителя осущ на расст до 100мм один от другого. 2 схемы полива:

1. По бороздам

2. По полосам

С целью обеспечения фильтрации ч/з грунт и доступа кислорода в почву, делают осушительную систему. Кол-во СВ на 1Га зависит от фильтрующей способности грунта. Если использ поля орошения, а не фильтрации, то обычно их площадь в 1,5-2 раза больше полей фильтрации.

1-напорный трубопровод, 2-приемный резервуар(камера), 3-магистральные лотки, 4-выпуски, 5-разводящие лотки, 6-дренажные каналы, 7-валики, 8-дренажные трубы.

Поля орошения – поля фильтрации, но на них еще выращивают овощные культуры, не употребляемые в пищу в сыром виде, технические с/х культуры и некоторые травы. Можно использовать для выращивания всех видов злаков. При использовании СВ для орошения к ним предъявляют те же требования, что и для осадков для удобрения. Самые высокие дозы азота и фосфора требует конопля. Меньше всего надо азота газонной траве. Сущность ОСВ на полях фильтрации: в процессе фильтрации ч/з почву на ней задерживаются микробы, и получается пленка. Микробы используют все эти вещества для своей жизнедеятельности. Больше, чем полтора метра глубиной поля не используют, это ни к чему. В верхних слоях почвы (40см) идут аэробные процессы и аноксидные. Выходят газы из почвы и рыхлят биопленку на поверхности полей. Занимают очень большую площадь, площадь зависти от расхода воды, рельефа и вида грунтов-только фильтрующие. При использовании полей фильтрации СВ очищаются до 10-15 мг/л по БПК, до 99% по ВВ, содержат довольно высокие нитраты (до 25мг/л), кол-во бактерий падает на 99,5%. Перед подачей СВ на поля, СВ д.б. подвергнуты механ ОСВ, если используют СВ в качестве орошения, то воду еще и обеззараживают.

Ряд факторов, кот определяют возмож исп полей орошения:

1. Род грунта и состояние грунт вод

2. Кол-во осадков

3. Характер рельефа, возможность для использования площадей

4. Потребность для с/х культур в дополнительном орошении

5. Род СВ

Для устройства полей выбирают участки с уклоном не более 20 промилле и со спокойным рельефом. Грунты: песчаные, супесчаные, легкие суглинистые. Уровень грунтовых вод для территории полей орошения д.б. не менее 1,5м от поверхности. По отношению к жилой застройке поля орошения д. иметь достаточные санитарные зоны. Если расх СВ менее 5тыс\сут, то поля распол от застройки не менее 300м, более 5тыс до 50тыс– 500м, СВыше 50тыс – не ближе 1км. Территорию осаждают деревьями и лесополоса д.б. 10-20м в ширину. Поля фильтрации д. располагаться ниже грунт вод водозаборов и не меньше радиуса депрессионной воронки скважины при заборе воды из нее. Это расстояние для суглинков – 200м, супеси – 300, песок – 500м. поля орошения нельзя располагать в трещиноватых породах, местах, где есть водоносные горизонты, где есть карсты, если нет перекрытия водоупорами. Лучший водоупор – глина.

О чистка СВ также может производиться в биопрудах.

1-приемны колодец для впуска СВ, 2-распределительный коллектор, 3-шарнираня нефтесборная труба, 4-лебедка, 5-перепускные трубы, 6-трубчатый выпуск, 7-водосборный колодец.

Б иопруды м. использовать после любого вида очистки СВ. это открытые емкости, сост из нескольких отделений или м.б. отдельными. Для предотвращения фильтрации в грунт, дно пруда покрывают разными пленками и тд. Все пруды д.б. оборудованы распред устройствами для распределения воды. Желательно, чтоб были донные выпуски. М. использовать шламонакопители, в них сливают разные жидкие отходы, это что-то среднее м/у прудами и иловыми площадками.

1 -распред лотки, 2-шандоры из досок, 3-нефтесборная шарнирная труба, 4-лебедка для подъема нефтесб трубы, 5-колодец для выпуска воды из шламонакопителя.

Биопруды есть с искусственной и естественной аэрацией.

Это немножко недоаэротенки. Если надо интенсифицировать биологическую оСВ в биопрудах, то в отличие от аэротенков, где нет водорослей, то тут м. насадить высшую растительность, либо растительность на понтонах, эта растительность будет активно участвовать в оСВ. Основная работа по уходу за прудами с естественной аэрацией – очистка с опорожнением прудов и косят растительность по берегам. Если биопруды с искусственной аэрацией, то еще добавляются работы по экспл по аэрационному оборудованию. Эффективность работы биопрудов проверяют по содержанию биогенов и тд. При равных конц, поступающей СВ на пруды, зимой качество очистки падает. Зимой их используют как отстойники. Очищают пруды (опорожняют) 2 раз в год.

Гидроботанич площадки примен для очистки и дооч СВ, для отдельно стоящих зданий, очистки поверх стока, очистки карьерных вод, животноводческих комплексов, для оСВ с некоторых производств или для интенсификации работы иловых площадок. На большинстве гидробот площ исп высш растительность, кот играет важную роль в оСВ. Болотные растения усваивают много органики, биогенных эл-тов.

Степень воздействия водных растений зависит от:

1. Занимаемой ими площади

2. Плотностей зарослей

3. Жизнедеятельности заселивших их гидробионтов

Водные растения (макрофиты) подразделяют:

1. Корневищные (озерный камыш, тростник, узко и широкополотный рогоз, элодея)

2. Погруженные

3. Плавающие(эйхорния и ряска)

Водные растения в водоемах выполняют функции:

1. Фильтрационную(способствуют оседанию ВВ)

2. Поглотительную(поглощение биогенных элементов и некоторых органических веществ)

3. Накопительную(накапливают некоторые ме и органические вещ, которые трудно разлагаются)

4. Окислительную

5. Детоксикационную(накапливают токсичные вещества и перерабатывают их в нетоксичные)

Возможно высшую растительность использовать в хоз деятельности:

1. В режимах гидроботанической доочистки водных сред

2. В снижении токсиколог и бактериологич показателей вод

3. В биофильтровании объемов вод или водовыпусков в другие водные объекты

4. В создании и поддержании базовых кол-ств растений для оперативного сезонного применения

5. В дизайне и сооружении искуст ландшафта

Преимущество технологии:

1. Дешевизна эксплуатации и стройки

2. Экол чистота

3. Нет перекачки СВ насосами

4. Срок службы без загрузки(15-18лет)

5. Легко обслуживаются

6. Внешне симпатичные

Еще модификация гидроботан площадок – фильтрационный обогатительный пруд(ФОП). Они сочетают элементы медленного фильтра и биопруда(6).

1 -дамбы, 2-вода, поступающая после полной бохимической очистки(фильтрационный пруд), 3-песчаный слой(медленный фильтр), 4-дренаж из щебня, 5-промывочные стояки, 6-биопруды (вторая ступень доочистки), 7-удаление фильтрата.