The study of the decrease processes in the content of nitrogen and phosphorus in biological wastewater treatment

Abstract

The article studies processes occurring during wastewater treatment. The estimating time of decreasing of concentrations of phosphates, ammonia nitrogen, nitrites and nitrates to standard values in the cleaned stream is given.

Full Text

На основе анализа литературных данных о механизме процессов нитрификации, денитрификации и дефосфатации при очистке сточных вод отмечено, что существенное снижение содержания соединений азота и фосфора в очищенной воде может быть достигнуто в коридорных аэротенках, после их модернизации, заключающейся в использовании части объема зоны аэрации для создания анаэробных и аноксидных зон, расположенных в определенной последовательности и связанных рециркуляционными потоками иловой смеси. Для обоснования выбора объемов этих зон при модернизации аэротенков необходима оценка продолжительности процессов снижения концентраций фосфатов, аммонийного азота, нитритов и нитратов в очищенном стоке до нормативных значений, что требует экспериментального исследования кинетики этих процессов, протекающих при аэрации и без неё. Биологическая очистка в типовых коридорных аэротенках, даже в режиме продленной аэрации, не приводит к снижению содержания биогенных элементов в очищенной воде до допустимых уровней при сбросе в природные водоемы. Стремление к решению этой проблемы путем модернизации существующих типовых аэротенков, находящихся в эксплуатации, основано на учете особенностей механизма биологического удаления азота и фосфора и требует проведения экспериментальной оценки скоростей этих процессов. Известно, что удаления азота из сточной воды связано с чередованием аэробного процесса нитрификации и анаэробного (аноксидного) процесса денитрификации, заканчивающегося образованием газообразного азота и его выходом в атмосферу. Процесс удаления фосфора в аэротенке основан на его выведении с избыточным активным илом при создании благоприятных условий для развития в активном иле гетеротрофных бактерий, склонных к повышенному накоплению фосфора в биомассе (почти в 4-5 раз больше обычного). Это достигается последовательным проведением двух стадий: сначала в анаэробной зоне (со специальной организованной подачей в нее легко окисляемой органики), в которой фосфатаккумулирующие бактерии запасают углерод и высвобождают фосфор, и затем в следующей за ней аэробной (либо аноксидной) зоне, в которой эти бактерии используют запасенный углерод для интенсивного роста, сопровождающегося значительно большим изъятием фосфора из воды и накоплением его в биомассе бактерий. Осуществление совместных процессов очистки сточных вод и биологического удаления биогенных элементов путем нитрификации-денитрификации и дефосфатации требует создания в аэротенке последовательно расположенных в определенном порядке анаэробных, аноксидных и аэробных зон со специально организованными рециркуляционными потоками активного ила и нитрифицированной воды. Однако имеющиеся сложности, связанные с одновременным проведением этих процессов в одном рабочем объеме модернизированного аэротенка, в том числе необходимостью одновременного обеспечения большого возраста активного ила, оптимального для прохождения нитрификации, и малого возраста, требуемого для удаления фосфора, на практике привело к появлению большого числа вариантов и схем расположения зон, различных конфигураций аэротенков. Несмотря на общие черты наиболее перспективных схем (пятиступенчатого Bardenpho, MUCT, Люберецких очистных сооружений), существующие различия указывают на отсутствие в настоящее время общепринятых окончательных технических решений и на необходимость продолжения исследований. Причем для обоснованного выбора объёмов анаэробной, аноксидной зон и зон аэрации при любой конфигурации модернизированного аэротенка требуется знание продолжительности процессов нитрификации, денитрификации и дефосфатации, а это требует экспериментального изучения кинетики данных процессов. Процесс нитрификации имитировали в емкости объемом 5 л, снабженной мешалкой и системой аэрации (барботером), заполненной смесью предварительно отобранного из очистных сооружений возвратного активного ила и осветленной сточной воды при интенсивной аэрации и перемешивании. Снижение концентрации аммонийного азота в осветленной воде и фильтрате иловой смеси контролировали фотометрическим методом с реактивом Несслера, концентрацию нитрат-ионов определяли фотометрическим методом с салициловой кислотой. Процесс денитрификации осуществляли в этом же аппарате, прекратив аэрацию, продолжая легкое перемешивание иловой смеси, т.е. в условиях аноксидного режима, при этом контролировали снижение концентрации нитратов. Существенное снижение содержания аммонийного азота в режиме аэрации свидетельствало о наличии устойчивого процесса нитрификации сточных вод, причем снижение концентрации происходило практически с постоянной скоростью в течение первого часа, а затем замедлялось. Снижение концентрации азота нитратного при переходе к аноксидному режиму свидетельствует о наличии устойчивой денитрификации, продолжительность которой в условиях опыта составляла 60-90 минут. Аналогичные опыты проводились по изучению выделения фосфора в воду илом в анаэробном режиме и по снижению содержания фосфатов в воде в режиме аэрации, концентрацию фосфат-ионов в пробах определяли фотометрическим методом восстановлением аскорбиновой кислотой. Полученные экспериментальные кривые изменения концентраций ионов от времени позволяют определить скорости нитрификации и денитрификации, выделения и потребления фосфора для условий проведения процесса, оценить время пребывания в анаэробных, аноксидных и аэробных зонах при заданной степени очистки. Объем первой по ходу анаэробной зоны в модернизированном аэротенке преимущественно определяется продолжительностью выделения фосфора бактериями ила, объем следующей за ней аноксидной зоны продолжительностью денитрификации с учетом значительной величины внутреннего рециркуляционного потока нитрифицированной иловой смеси, объем зоны аэрации определяется суммарной продолжительностью периода аэрации для снижения БПК воды и периода последующей нитрификации.