Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Удаление биогенных элементов из сточных вод. Монография
.pdf
ротенка, а осветленная жидкость, содержащая нитраты, – в денитрификатор, в котором без доступа кислорода при медленном
перемешивании иловой смеси азот нитратов восстанавливается
до газообразного азота. После денитрификации иловая смесь
аэрируется. Аэрация обеспечивает отдувку азота из иловой смеси, насыщение воды кислородом и предотвращение дальнейшего
образования азота, стабилизацию ила, удаление избыточного углерода. Длительность последующей аэрации составляет 0,5-2 ч.
Затем иловая смесь поступает в третичный отстойник. Осевший
ил возвращается в начало денитрификатора, а осветленная жидкость сбрасывается в водоем. Вторая схема отличается от первой
отсутствием вторичного отстойника. В третьей схеме денитрификация протекает в начале процесса очистки. Для снижения остаточного содержания нитратного азота предусматривается значительная (до 300-500%) рециркуляция иловой смеси из конца реактора в начало денитрификатора.
Исследована эффективность процессов нитри-денитрификации сточных вод на установке, которая включала в себя два реактора и отстойник. Сточная вода поступала в анаэробный реактор
и далее – в аэробный реактор и затем в отстойник. Установка работала с рециркуляцией активного ила из отстойника в анаэробный реактор. Режим работы реактора состоял из четырех фаз; фазы 2 и 4 являлись промежуточными, в которых оба реактора работали в аэробных условиях для поступления в отстойник аэрированных сточных вод. Анаэробные условия создавали путем
уменьшения аэрации до уровня, достаточного для поддержания
активного ила во взвешенном состоянии. Содержание общего
азота при этом снижалось на 90% [68].
Большой интерес вызывает схема нитри-денитрификации с
использованием в качестве источника углерода метанола. Весь
поток сточной воды проходит очистку в аэротенке с нитрификацией аммонийного азота, поступает в денитрификатор, куда подается метанол. В остальном схема аналогична представленной
выше. Окисление С и N можно разделить, что позволит уменьшить объем аэротенков, но потребует устройства еще одного отстойника и дополнительной системы перекачки. Особенность
использования метанола заключается в том, что это соединение
окисляется легко, продукты окисления не вносят дополнитель-
71
ных загрязнений в очищенную сточную воду, полное разделение
процессов обеспечивает оптимальные условия развития специализированных культур ила [34].
Экспериментально найденные значения скорости процесса
нитрификации с метанолом колеблются от 1 до 25 мг N на 1 г
беззольного вещества ила в 1 ч. Вместо метанола можно использовать и другие чистые органические вещества.
В Германии разработан способ, позволяющий при биологическом удалении азота сократить объем реакции на стадии нитрификации повышением показателя синтеза и темпа роста нитрифицирующих бактерий, а также стабилизировать процесс. Биологическую нитрификацию проводят с дополнительным вводом
диоксида углерода или солей угольной кислоты [43].
Р. Джонсон и Д. Шроуфер [31] осуществляют процесс денитрификации за счет органики сырой сточной воды. По схеме,
предложенной этими авторами, часть исходной сточной воды
аэрируется до перевода аммонийного азота в нитраты, а часть
подается сразу в денитрификатор, где смешивается с нитрифицированным стоком. В зависимости от концентрации стоков по
БПК и азоту может быть рассчитано оптимальное соотношение
потоков в аэротенк и денитрификатор [31].
Рис. 4.5. Схема очистки высококонцентрированных по азоту сточных вод:
I - усреднитель; II - бескислородная зона с мешалкой; III - регулятор давления; IV - аэротенк; V - отстойник; VI - насосы; 1 - исходная сточная
вода; 2 - очищенная вода; 3 - возвратный ил; 4 - возврат смеси воды и ила
72
При необходимости очистки сточных вод с содержанием азота 100 – 500 мг/л возможно применение следующей схемы очистки, по которой содержание азота аммиака снижается до 25, а азота нитратов до 5 мг/л (рис. 4.5).
Развитием технологии предварительной денитрификации
можно считать ступенчатую схему с многократным повторением
бескислородных и аэрируемых зон (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Схема предварительной денитрификации:
1 – подача сточной воды; 2 – очищенная вода;
3 – возвратный ил; 4 – сброс избыточного ила
При определении возможности удаления соединений азота в
двухкоридорном аэротенке получены следующие результаты.
При нагрузке по БПК
около 100 мг на 1 г беззольного вещества
5
ила без введения дополнительного источника углерода чередование в каждом коридоре аэробных и анаэробных условий позволяет удалить из сточных вод азот на 75-84%. При подаче воздуха и
поддержании растворенного кислорода на уровне 2-3 мг/л в аэротенке протекал процесс нитрификации, который сменялся процессом денитрификации при прекращении подачи воздуха и
снижении содержания растворенного кислорода менее 0,5 мг/л. В
период прекращения подачи воздуха содержимое аэротенка перемешивалось механическими мешалками. Одновременно с удалением азота снижалось содержание органических соединений
более чем на 85% по ХПК [5].
Интересна схема, предложенная Экенфельдером, так называемого “контактно-стабилизационного процесса”(рис. 4.7) [31].
После отстаивания во вторичном отстойнике биологически
очищенные воды поступают на биофильтр для нитрификации.
Затем нитрифицированный сток поступает в резервуар денитрификации, в который из вторичного отстойника подается актив-
73
ный ил, богатый органическими веществами. В денитрификаторе
в присутствии анаэробных микроорганизмов, помимо процесса
денитрификации, происходит стабилизация органических веществ. Иловая смесь из денитрификаторов направляется в третичный отстойник, из которого ил возвращается в аэротенк, а
очищенная вода – в водоем. Применение этого метода позволяет
удалять до 80-90% азота [31].
Рис. 4.7. Схема контактно-стабилизационного процесса:
I - поступающая сточная вода; II - очищенная вода; III - сырой осадок;
IV - сточная вода из вторичного отстойника; V - активный ил; VI - цир-
кулирующий активный ил; VII - избыточный активный ил; 1 - первичный
отстойник; 2 - аэротенк; 3 - вторичный отстойник; 4 - биофильтрнитрификатор; 5 - резервуар для денитрификации; 6 - третичный отстойник
Существует также метод, отличающийся тем, что в закрытый
бак нитрификации подают содержащий более 50% кислорода газ.
Из этого бака вода поступает в бак вторичной дезазотизации, далее – в отжимную центрифугу. Отделенную жидкость подают во
вторичный отстойник, а часть отделенного шлама рециркулируют в бак первичной дезазотизации.
Эффект денитрификации можно повысить путем комбинации
предварительной химической обработки сточной воды известью
с последующей биологической денитрификацией и окончательным отстаиванием при добавке хлорного железа и полиэлектролитов [31]. Схемы очистки воды показаны на рис. 4.8.
Схема, представленная на рис. 4.8,а, характеризуется возвратом большого количества смеси (до 400%) из пруда в денитрификатор и использованием части сырого стока в денитрификаторе.
В условиях опыта было найдено, что для глубокой нитрификации
74
и снижения ХПК достаточно 8-11 ч, а для денитрификации до
концентрации азота нитратов менее 10 мг/л – 6 ч. Менее энергоемкой является схема на рис. 4.8,б, где не требуется рекарбонизация. Фосфор в данном случае удаляется полностью – остаточная
концентрация составляет менее 0,2 мг/л.
Рис. 4.8. Схемы нитри-денитрификации с предварительной химической
обработкой: а - для денитрификации общего расхода исходной воды с
рециклом большого количества нитрифицированного стока; б - для деления исходного стока на нитрификацию и денитрификацию; I - первичный отстойник; II - денитрификатор; III - биологический пруд-нитрификатор; IV - вторичный отстойник; 1 - исходная сточная вода; 2 - очищенная вода; 3 - возврат нитрифицированного стока; 4 - возвратный ил;
5 - сброс избыточного ила; 6 - осветленная в первичном отстойнике вода
Процесс нитри-денитрификации можно также осуществлять
по схеме “симультанного осаждения”, т.е. с введением коагулянтов (хлорного железа или хлористого алюминия) в аэротенки, с
периодом аэрации 2 ч и при рабочей дозе активного ила 1,3 г/л
(0,8 г/л по беззольному веществу). Комплекс сооружений для
удаления соединений азота должен включать реактор для нитри-
75
фикации, соответствующие отстойники и реактор для денитрификации с отстойниками. Расчетный период аэрации в реакторах
для нитрификации сточных вод принимается равным 4 ч. Реакция
среды корректируется вводом извести. Продолжительность последующего отстаивания около 4 ч. Для интенсификации процесса в реакторы для денитрификации предлагается вводить метанол. Этот реактор рассчитывается на продолжительность пребывания сточных вод 3,9 ч. Для выделения газообразного азота предусматривается 21-минутное перемешивание сточных вод. Последующее отделение денитрифицирующего ила будет осуществляться в отстойниках в течение 3,8 ч. Нитрифицирующий и денитрифицирующий илы должны направляться в соответствующие реакторы, т.е. все время находиться в циркуляции. Избыточные их количества подлежат сбросу и последующей обработке с
другими осадками станции.
Одним из возможных биологических методов очистки сточных вод от азота является очистка в биологических прудах с массовым развитием водорослей. В результате жизнедеятельности
водорослей в прудах осуществляется непосредственное потребление соединений азота из сточных вод, а также значительное
снижение концентраций других остаточных загрязнений. Доказано, что на рост водорослей в основном оказывают влияние такие
факторы, как температура, освещенность, концентрация углерода
и биогенных элементов. Наилучшие условия для роста водорослей и соответственно наиболее полного удаления соединений
азота достигаются при температуре 21-28
°С. Учитывая, что
сточная жидкость, особенно при развитии водорослей, имеет
большое светопоглощение, эффективное развитие фитопланктона
возможно только на небольшой глубине. В большинстве случаев
для полной утилизации азота необходим добавочный источник
углерода, который может быть получен путем аэрации воздухом
за счет содержания в нем углекислого газа. Рассчитано, что для
снижения содержания азота в воде на 80-90% при времени пребывания от 3 до 5 суток, глубина пруда должна быть не более 1 м.
Концентрация водорослей при этом составляет 100-150 мг/л. Однако следует отметить, что для климатических условий средней
полосы в осенний, зимний и весенний периоды эффект очистки
практически отсутствует. На основании описанных выше резуль-
76
татов исследований предложена технологическая схема доочистки сточных вод в трехсекционном аэрируемом биопруду. В первых двух секциях происходит доочистка сточных вод за счет развивающихся водорослей. В третьей возможно наращивание зоопланктонных организмов, утилизирующих водоросли. Удаление
избыточной биомассы водорослей может быть осуществлено с
помощью центрифугирования, с предварительной концентрацией
их во флотаторе.
Введение в биологических прудах искусственной аэрации
позволяет не только существенным образом повысить производительность этих сооружений, но и обеспечить в течение всего
года стабильность качества очищенных вод и практически исключить влияние климатических условий на процессы очистки.
Поскольку искусственная аэрация обеспечивает постоянное
снабжение прудового ила кислородом и перемешивание всего
содержимого пруда, то прудовой ил представляется возможным
рассматривать как активный. Преимущества от введения в прудах
искусственной аэрации кратко могут быть изложены следующим
образом: увеличение глубины прудов до 4 м и более, что приводит к снижению площади аэрируемых прудов в 2-5 раз; повышение скоростей окисления загрязнений в 1,5-2 раза по сравнению с
неаэрируемыми; возможность существенного повышения дозы
ила в прудах и, следовательно, повышения окислительной мощности сооружения. Исследования МГСУ (МИСИ им. В.В. Куйбышева) рекомендуют применение прудов, состоящих из трех
секций, две из которых – аэрируемые, а третья – отстойная. Длительность пребывания сточных вод в аэрируемой зоне пруда зависит от БПК, концентрации микроорганизмов и допустимой нагрузки на ил по БПК. Объем отстойной секции пруда назначается
из условий пребывания воды в ней в течение 10 ч. Для повышения скорости удаления азота в биопрудах предложена фиксация
нитрификаторов на листах из ПВХ, нейлоновой рыболовной сети,
автомобильных покрышках. Материал упаковывается в кассеты и
помещается в пруд.
Процессы доочистки сточных вод можно осуществлять также
с помощью симбиотического ила, составленного из водорослей и
бактерий (альгобактериальный ил). Во ВНИИ ВОДГЕО были
проведены необходимые испытания. В результате было доказано,
77
что при средней удельной скорости окисления 36-37 мг/(г⋅ч) и
прочих равных условиях в симбиотенке эффективность удаления
азота составляла 87%, фосфора – 88%, концентрация кислорода 4,5 мг/л. В аэротенке эти показатели были значительно ниже: соответственно 40%, 60% и 2 мг/л. При этом отмечались хорошие
седиментационные свойства данного ила, который не вспухал и
индекс которого не превышал 42 см
3
/г. Доочистка сточных вод на
симбиотенках возможна также в несколько ступеней [3].
Для очистки сточных вод от азотистых соединений с применением прикрепленной культуры ила используют фильтры с
движением воды относительно неподвижного материала загрузки, а также с движением загрузки относительно воды. В качестве
источника углерода используются сточная вода, метанол и другие органические вещества. Движение воды может быть сверху
вниз и снизу вверх.
При применении в качестве источника углерода сточной воды достигается удаление азота на 70 - 80%, а при использовании
метанола – более 90%. Соотношение количеств метанола и азота
должно быть более трех.
Для доочистки сточных вод от соединений азота проводились исследования в моделях незатопленных биофильтров. Исследовались: процесс совместного окисления углерода и аммонийного азота; процесс нитрификации в биофильтре с естественной аэрацией; процесс нитрификации в аэрофильтре. В табл. 4.1
приведены значения окислительной мощности биофильтров, определенные по количеству удаленного в них аммонийного азота.
Наибольшие значения получены для аэрофильтров. При концентрациях аммонийного азота, превышающих 100 мг/л, процессы
нитрификации в биофильтрах ингибируются. При величине
рН=7-8 для биофильтров-нитрификаторов требуется создание
щелочного резерва путем добавления свободной углекислоты.
Процессы нитрификации на загрузке обладают буферностью.
Биофильтры-нитрификаторы обеспечивают 80-90%-ное удаление
аммонийного азота даже при понижении температуры и быстро
восстанавливают окислительную мощность после различных
стрессовых ситуаций. Биопленка на загрузке биофильтра представляет собой тонкую пленку, долго высыхающую и плохо смываемую. Вынос веществ из биофильтров-нитрификаторов не пре-
78
вышает 10 мг/л, так что установка отстойников после них не требуется.
В полупроизводственных условиях исследовались превращения соединений азота при фильтровании через песчаную загрузку. Установка представляла собой песчаный фильтр и две колонки, одна из которых имела загрузку, аналогичную загрузке
фильтра, вторая была загружена в несколько слоев минеральной
ватой с объемом пор 90%. В часть загрузки обеих колонок подавался воздух. В процессе такого фильтрования в загрузке развивается нитрифицирующая и денитрифицирующая флора. Установлено, что разделение процесса фильтрования на ступени в одной колонке, путем выделения зон нитрификации и денитрификации за счет подачи воздуха в часть загрузки, обеспечивает удаление соединений азота на 50-60% [38].
Т а б л и ц а 4.1
Параметры работы биофильтров
в режиме нитрификации на раздельной стадии
Параметры
Биофильтр q
м
С естественной
аэрацией
,
воды
3
/(м2⋅сут)
4,0
2,0
1,0
Аэрофильтр 10,0
7,0
5,0
N-NH
100,0
100,0
C
исх
, мг/л
4
20,0
50,0
20,0
50,0
г/(м
ОМ,
3
⋅сут)
70,6
94,8
96,0
176,0
329,0
480,0
q
воздуха
8,0
8,0
8,0
-
-
-
При исследованиях биохимической нитри-денитрификации в
биофильтрах с пластмассовой загрузкой наилучшие результаты
получены для загрузочного материала с удельной поверхностью
600, 250, 160 м
2/м3
при 25-30°С при слое 1 м, когда эффектив-
ность удаления азота составила 97-99% [55].
Определенный интерес представляют затопленные биофильтры (ВНИИ ВОДГЕО) – с движением воды снизу вверх. Высокая эффективность обеспечивается при работе таких биофильтров со взвешенным слоем загрузки. В этом случае размер
материала загрузки может быть уменьшен, в связи с чем одновременно снизится длительность обработки воды. Процессы нит-
79
рификации протекали стабильно при температуре до 1оС. При
концентрации аммонийного азота – 20 мг/л в поступающих сточных водах 90%-ное окисление достигалось в течение 30 мин при
о
25
С; 60 мин при 10оС; 90-120 мин при 5оС. При необходимости
снижения концентрации азота менее 1 мг/л требуется очень длительное время для окисления сточных вод. В этом случае более
экономичной очисткой может быть нитрификация в затопленном
биофильтре с последующим хлорированием [3].
Дж. Иида и А. Тераниши [80] предлагают способ удаления
азота из городских сточных вод с помощью погружного фильтра.
Фильтр построен в виде колонны из листовой стали. Для равномерного диспергирования сточной воды через фильтр была установлена на расстоянии 70 см выше дна фильтра диспергирующая
плита с отверстиями диаметром 1 см. В колонну поместили сетчатый пластиковый материал. Пористость материала была около
0,94. Приспособление для аэрации создано из пористых камней и
расположено ниже входа сточной жидкости. Воздух подавался
периодически для создания аэробных или аноксидных условий в
фильтре. Эксперименты показали, что в первичном выходящем
потоке сточной воды без внешних источников углерода в одном
погруженном фильтре с периодической аэрацией, обусловливающей аэробные или аноксидные условия, может быть достигнуто успешное совместное окисление углерода, нитрификацияденитрификация. Эффективное удаление азота связано с отношением цикла включенной аэрации и выключенной аэрации в периодическом цикле работы аэрации, со временем задержки, с отношением повторного цикла выходящего потока и с температурами [46].
Там же исследовался процесс денитрификации в каркаснозасыпном фильтре с нисходящим потоком воды. Каркаснозасыпной фильтр-денитрификатор загружают на всю высоту загрузки гравием крупностью 40-60 мм. В нижней части гравийного каркаса на высоте 90 см располагают песчаную засыпку из
песка крупностью 0,8-1 мм. Назначение песка при фильтрации задерживать мелкодисперсную взвесь, а при промывке - разрушать осадок, который образуется на зернах неподвижного каркаса. Для обеспечения сохранения части биопленки на зернах
фильтрующей загрузки предложен режим частичной промывки
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]