11. На какие окислительные процессы расходуется кислород воздуха, подаваемого в аэротенки?

При биологической очистке сточных вод кислород воздуха расходуется на:

1. окисление биоразлагаемых органических веществ до CO₂, H₂O, NH₃ (т.н. С-окисление);

2. химическое окисление некоторых примесей, окисляющихся кислородом;

3. нитрификацию аммонийного азота (N-окисление);

4. нитрификацию-денитрификацию части аммонийного азота;

5. создание некоторого запаса растворенного кислорода в очищенной воде.

Количественные соотношения компонентов кислородного баланса изменяются в зависимости от изменений величины нагрузки по БПК на активный ил. Чем ниже нагрузка, тем больше кислорода расходуется на эндогенное окисление ила и нитрификацию, а затраты кислорода на окисление органических загрязнений уменьшаются. Потери кислорода вследствие денитрификации при этом могут возрастать.

12. Что такое аэробная стабилизация осадков, какие задачи она решает? Какова область применения этой технологии?

Аэробная стабилизация осадков - это процесс длительной аэрации (в течение нескольких суток) избыточного активного ила либо смеси его с сырым осадком первичных отстойников, обеспечивающий глубокое окисление биологически разлагаемых органических веществ с целью получения незагнивающих (стабильных) осадков, а также их обеззараживания.

Если процесс полного окисления в аэротенках обеспечивает на своей завершающей стадии стабилизацию активного ила в смеси с очищаемой сточной жидкостью, то аэробная стабилизация осуществляет раздельную обработку избыточного активного ила после его отделения от биологически очищенной воды и перед его обезвоживанием.

Аэробная стабилизация производится в сооружениях типа аэротенков. На станциях, где она применяется, отпадает необходимость в устройстве метантенков - сооружений конструктивно сложных, взрывоопасных, требующих устройства котельной для подогрева осадка. В эксплуатации стабилизаторы значительно проще, нежели метантенки.

Особенно перспективно применение аэробной стабилизации на станциях с небольшим расходом сточных вод при невысокой концентрации взвешенных веществ в воде. В этом случае из схемы очистки исключаются первичные отстойники, и на станции образуется один вид осадка - избыточный активный ил.

Аэробная стабилизация обеспечивает распад беззольного вещества и эффект обеззараживания, равные достигаемым в метантенках (с мезофильным режимом). В то же время аэробно окисленный осадок обладает обычно лучшими водоотдающими свойствами, чем анаэробно - сброженный, а иловая вода, образующаяся в процессе аэробной минерализации, значительно чище той, которая образуется в метантенках (ее БПК_ПОЛН составляет 200 мг/л, взвешенные вещества - до 100 мг/л, значительно меньше в ней содержится азота аммонийных солей).

Распад беззольного вещества активного ила при аэробной стабилизации составляет примерно 20-30%, а смеси его с осадком из первичных отстойников - 30-40%.

Главными недостатками метода аэробной стабилизации являются высокие энергетические затраты на подачу воздуха в аэротенки, а также малоэффективная работа стабилизатора в холодное время года.

Поэтому этот процесс обычно оказывается экономичным по сравнению со сбраживанием в метантенках на станциях производительностью до 50 тыс. м³/сут. При пропускной способности 50-100 тыс. м³/сут оба метода равноценны, а при пропускной способности более 200 тыс. м³/сут экономичнее анаэробное сбраживание.

Тем не менее, как показывает практика, в ряде случаев использование аэробных методов обработки осадков может оказаться целесообразным и на крупных станциях аэрации. Оптимальный вариант здесь окажется такой, при котором избыточный активный ил будет подвергаться аэробной стабилизации, а сырой осадок сбраживаться в метантенках. С экономической точки зрения в метантенках выгоднее сбраживать один сырой осадок, т.к. высокая влажность и большое содержание белков в активном иле обуславливают низкий выход газа. Но дело не только в этом. Раздельная схема позволяет улучшить водоотдающие свойства как сброженного осадка, так и активного ила (после его аэробной обработки) и этим повысить производительность сооружений, осуществляющих обезвоживание осадка.

Существует очень много отличий в отношении параметров, которыми следует оценивать процесс аэробной стабилизации. Предложено множество таких параметров: ферментативная (обычно дегидрогеназная) активность ила, содержание жиров, окислительно-восстановительный потенциал, отношение СН/зональность, скорость потребления кислорода и ряд других.

Ю.А. К******** и И.В. Скирдов в качестве критерия оценки аэробной стабилизации предложили принять удельную окислительную активность бактерий. Скорость окисления осадка снижается до определенного момента, после чего при дальнейшей аэрации изменяется незначительно. Этот момент и соответствует окончанию аэробной стабилизации. К этому же моменту удельное сопротивление фильтрации осадка имеет минимальное значение.

В зависимости от выбранного критерия находятся продолжительность аэробной стабилизации, которую проектные нормативы (СНиП 2.04.03.-85) рекомендуют принимать равной для неуплотненного ила в пределах 2-5 суток, для смеси активного ила и сырого осадка - от 6 до 12 суток (при температуре 20С). При изменении температуры на 10С в ту или иную стороны продолжительность стабилизации следует соответственно изменять в 2-2,2 раза.

Продолжительность аэробной стабилизации активного ила связана со временем его аэрации в аэротенках, с возрастом ила и нагрузкой по БПК на ил. Чем больше возраст и ниже нагрузка, тем короче необходимый период стабилизации и меньше скорость потребления кислорода и наоборот. Если в аэротенках обеспечен режим полного окисления иловой смеси, то необходимость в аэробной стабилизации такого ила отпадает.

Продолжительность стабилизации смеси ила с осадком из первичных отстойников в значительной степени зависит от количества выносимого с осадком субстрата, а также питательного внутриклеточного субстрата и степени их распада.

В настоящее время в условиях действующих очистных сооружений канализации типичной является ситуация, когда узким местом в технологии станции аэрации являются сооружения обработки осадков (прежде всего их обезвоживания) в то время как аэротенки обладают заметным запасом мощности. В таких случаях может оказаться целесообразным вводить аэробную стабилизацию активного ила, используя часть аэротенков под аэробный стабилизатор, что не потребует, как правило, серьезных материальных затрат.

Процесс в этом случае следует контролировать по удельному сопротивлению осадка, обеспечивая его минимальное значение. Продолжительность процесса при этом окажется заметно меньшей, нежели при использовании других параметров контроля. Его длительность будет ограничена окислением только легкоокисляемых веществ. По мнению ряда специалистов, при минимальном значении удельной скорости сопротивления стабилизация будет неполной и на иловых площадках может произойти загнивание осадка и ухудшение его водоотдающих свойств. Другие же, как было показано выше, считают, что дальнейшая аэрация не приводит к качественным изменениям органической части осадка и степени его загнивания, а водоотдающие свойства существенно ухудшаются.

Практика показывает, что процессы аэробной минерализации ила позволяют в результате получить осадок, обладающий высокими водоотдающими свойствами, тем не менее, использовать эти свойства оказывается весьма не просто.

При транспортировке осадка от аэробного стабилизатора до сооружений обезвоживания, удельное сопротивление его повышается. Ухудшение его водоотдающих свойств тем сильнее, чем дольше ил находится в анаэробных условиях - в илоуплотнителях, трубопроводах, резервуарах, на иловых площадках (если дренаж на них плохо работает).

Флокулирующие свойства осадка ухудшаются также при перекачке центробежными насосами.

Поэтому следует предусматривать минимальное время для уплотнения стабилизированного осадка - в течение не более 5 час. Влажность уплотненного осадка составляет 96,5-98,5%.

Дренаж иловых площадок должен постоянно поддерживаться в рабочем состоянии.

При соблюдении условий, сохраняющих водоотдающие свойства ила, появляется возможность значительно сократить потребляемое количество реагентов при механическом обезвоживании их на фильтрпрессах или вакуумфильтрах (или ограниченное использование только одного реагента - хлорного железа), либо повысить производительность иловых площадок.

Осуществление процесса аэробной минерализации по критериям удельной окислительной активности бактерий и удельному сопротивлению осадка позволяет не только сократить время стабилизации, но и обеспечить сокращение расхода воздуха, а, следовательно, и электроэнергии.

Сегодня известно множество технологических схем и режимов аэробной стабилизации осадков, которые находят все более широкое применение не только на небольших, но и на ряде крупных предприятий по очистке сточных вод (городов Твери, Ташкента, Самары, Волгограда, Уфы, Кривого Рога и других).

Из новых технологий заметный интерес вызывает, например, технология аэробно-анаэробной стабилизации осадков, когда в аэробном стабилизаторе совместно с активным илом производится аэрация анаэробно-сброженного в метантенках осадка. Такая технология позволяет, наряду с утилизацией газа из метантенков, получить осадок с очень высокими водоотдающими свойствами и существенно повысить производительность иловых площадок. Такая технология разработана Ташкентским ВОДГЕО.

Внедрение аэробной стабилизации в каждом конкретном случае требует тщательных исследований с целью определения оптимальных условий реализации технологии.