Изучение процессов снижения содержания азота и фосфора при биологической очистке сточных вод

Аннотация

Исследованы протекающие при очистке сточных вод процессы, даны оценки времени снижения концентраций фосфатов, аммонийного азота, нитритов и нитратов в очищенном стоке до нормативных значений.

Полный текст

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.