Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


На очистку на городские очистные сооружения



 

Соотношение Низкое Среднее Высокое
ХПК БПК3 1, 5 2, 0 2.1 2.5 2, 6 3, 5
БНК. NH4 3-4 4, 1-6 6, 1-30
Н11К, р 1 OOIII. 10-15 15, 1 20 20, 1-50

2.4.1.1. Процессы бактериальной деструкции азотсодержащих соединений в ус­ ловиях сооружений биологической очистки. Перед сооружениями биологической очистки ставится задача глубокого удаления всех форм азотсодержащих веществ, что осуществляется в сложных многостадийных процессах, которые требуют обеспечения различных условий среды.

В сточных водах азот представлен в основном в виде минеральной (NH|, NO2, NO3) и органической (аминокислоты, белок тканей организмов, органические соединения) составляющих. Методами химического анализа определяются четыре формы: азот аммонийный, нитриты, нитраты, азот общий или азот по Кьельдалю, ко­торый включает азот органический и азот аммонийный (нитриты и нитраты отсут­ствуют в анализируемой пробе или улетучиваются в процессе пробоподготовки).

В бытовых сточных водах азот — основная часть органических веществ, представ­ляющих конечные продукты метаболизма азота в организме человека. В виде амми­ака или мочевины в бытовых сточных водах присутствует 80-90 % всех азотсодер­жащих веществ. Аммонификация — это бактериальное превращение органических соединений азота в неорганические формы, основной из которых является аммиак, наканливающийся в процессе дезаминирования в результате протеолиза белков рас­тительного и животного происхождения, осуществляемого гетеротрофными гнилос­тными (аммонифицирующими) бактериями в канализационной сети (рис. 2.18, об­ласть I). Кроме аммиака в результате аммонификации образуется фосфор и сероводо­род. Этому процессу препятствуют низкая температура (менее 10 °С), кислая рН,

 Данные таблицы уточняются, буду признательна за представленные сведения.


2.4.1. Соединения азота и фосфора


195


недостаточное время нахождения сточных вод в системе канализации (что характер­но для систем малой канализации 1} из-за незначительной протяженности сетей, а так­же для канализации выполненной с недостаточным уклоном).



роды: Thiobacillus denitrijicans Ps. fluorescens, Ps. aeruginosa


Органическое вещество клеток


 


Рис. 2.18. Схема бактериальной трансформации азотсодержащих веществ на сооружениях биологической очистки

'' Малая канализация — длина коллектора сотни метров, а не 10-20 км как у канализации городов, ма­лый расход водопотребления (100-200 дм3 на человека) и большой коэффициент неравномерности при­тока сточных вод (более 1, 5).


196


Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод


Глава 2


Короткий путь сточных вод в канализации может быть обусловлен также тем, что промышленные объекты, загрязняющие сточные воды белковыми веществами, нахо­дятся в непосредственной близости от городских очистных сооружений, например, так расположены мясокомбинаты в гг. Нижний Новгород, Камышин и др. В таких случаях на сооружения поступает большое количество неразложившихся белковых соединений, да они еще и не учитываются стандартными методами выполнения из­мерений (при определении аммонийного азота от белка предварительно освобожда­ются добавкой коагулянтов, а на содержание общего азота в сточных водах в России не установлены нормативы и он, как правило, не измеряется). Результатом неудовлет­ворительной аммонификации в канализации является неэффективный процесс нит­рификации в аэротенках. Поступающие белковые соединения разлагаются с образо­ванием аммонийного азота на сооружениях в анаэробных зонах (которые всегда при­сутствуют). По этой причине может наблюдаться возрастание аммонийного азота в ос­ветленных, а также в очищенных водах на фоне удовлетворительной нитрификации в аэротенках. Этим объясняется постоянное наличие аммонийного азота в концент­рациях 1, 0-2, 0 мг/дм3 в очищенных сточных водах удовлетворительно работающих очистных сооружений, как бы хорошо не протекал процесс нитрификации в аэротен­ках.

На рис. 2.19 представлена диаграмма содержания различных форм азотсодержащих веществ, присутствующих в сточных водах, поступающих на низко- и средненагружа-

емые городские сооружения биологической очистки в обычных условиях.

Для городских очистных сооружений можно считать нормой суммарное содержание нитратов и нитритов в посту­пающих на очистку сточных водах не более 1, 0 мг/дм3. Уве­личение их содержания сверх данной нормы является при­знаком промышленного заг­рязнения. В небольших коли­чествах нитриты, нитраты мо­гут появляться в осветленных водах при наличии преаэрации сточных вод в результате силь­ного перемешивания в прием­ных камерах, а также при пода­че избыточного активного ила и надиловой воды после со­оружений обработки осадка в поток поступающих сточных вод в первичные отстойники.


2.4.1. Соединения азота и фосфора


197


Основные формы азотсодержащих веществ в поступающих на очистку сточных во­дах: азот аммонийных солей и органический азот, который в условиях первичных от­стойников продолжает трансформироваться в аммонийные соли, если процесс аммо­нификации не был завершен в канализации (см. рисунки 2.23 и 2.24). Дальнейшая трансформация азотсодержащих соединений протекает в аэротенках в результате про­цесса нитрификации.

Нитрификация — сложный многоступенчатый процесс. Первая стадия нитрифи­кации, окисление солей аммония в нитриты (рис. 2.18, область II), протекает по урав­нению:

NH|+1, 5O2 = 2H++2NO2

Процесс нитрификации осуществляется в результате жизнедеятельности и функ­циональной активности нитрифицирующих бактерий, которые относятся к хемосин-тезирующим автотрофам; присутствие в среде органических соединений пагубно от­ражается на их развитии, поэтому нитрификация аммонийного азота начинается в аэротенках только после практически полного окисления углеродсодержащих соеди­нений, характеризуемых показателем БПК.

В результате исследований профессора С.Н. Виноградского (1952) было доказано, что органические вещества в водной среде тормозят развитие нитрифицирующих бактерий. Это характерно только для растворов и не наблюдается в почве, так как в ней водорастворимых веществ в значительных количествах никогда не бывает. В ла­бораторных условиях уже малые концентрации органических веществ задерживают рост и активность нитрифицирующих бактерий, в то же время в природных услови­ях, в почве, на полях орошения и фильтрации наблюдается интенсивная нитрифика­ция при значительном содержании веществ, характеризуемых показателем БПК. Это объясняется тем, что нитрификаторы не чувствительны к водонерастворимой органи­ке и способны удовлетворительно функционировать в присутствии ее высокого со­держания. Только растворенные органические вещества отрицательно действуют на рост нитрифицирующих бактерий и, несколько в меньшей степени, на течение само­го процесса при наличии уже имеющихся бактерий. Кроме того, на процессы нитри­фикации влияют не только микробы, но и их ферменты, в условиях подавления нит-рификаторов процесс может продолжаться некоторое время ферментативно. Этими двумя обстоятельствами объясняется периодически встречающаяся нитрификация в аэротенках при достаточно высоком содержании загрязняющих веществ, характери­зуемых показателем БПК.

Чувствительность нитрификаторов к растворенной органике создает определен­ные трудности в обеспечении нитрификации в аэротенках (в отличие от биофильт­ров, полей орошения и фильтрации), поскольку необходимо предварительное удовлет­ворительное удаление органических соединений. Угнетение нитрификаторов проис­ходит в большей степени не самими органическими соединениями, а процессом их активного окисления гетеротрофными микроорганизмами, которым нитрификаторы значительно проигрывают в борьбе за растворенный кислород. Чем полнее окислены органические вещества, присутствующие в сточных водах, тем интенсивнее процесс нитрификации в аэротенках. Пока есть избыток органических веществ и интенсивно развиваются гетеротрофные бактерии — конкуренты нитрификаторов за аммиак в


198                Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод                       Глава 2

процессах конструктивного обмена, нитрификация подавлена. К тому же гетеротроф­ные бактерии усиленно поглощают, как уже отмечалось, необходимый нитрификато-рам кислород. После того как органические вещества минерализуются, создаются ус­ловия для развития бактерий — возбудителей первой фазы нитрификации, которую осуществляют бактерии нескольких родов. Основными из них являются Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosovibrio.

Еще более чувствительны нитрификаторы к неприродной органике (пестициды, гербициды) и к токсикантам: к цианистому калию (Meyerhof, 1917), цианидам (0, 65 мг/дм3), фенолу, анилину, окиси углерода, метану, цинку, меди, никелю, ртути, хрому. Практически все тяжелые металлы являются угнетающими нитрификаторов токсикантами в концентрациях, превышающих 5 мг/дм3 (US. EPA, 1977). Имеется в виду их индивидуальное действие, а при сочетании разных металлов, присутствую­щих в сточных водах (особенно с синергическим действием) эта цифра снижается на несколько порядков. Поэтому для обеспечения нитрификации при значительном со­держании в поступающих на очистку сточных водах токсикантов предпочтительна 2-х ступенчатая очистка: а) высоконагружаемые биофильтры; б) аэротенки.

Наиболее благоприятная реакция среды для нитрифицирующих бактерий, обеспе­чивающих первую стадию нитрификации, находится в интервале рН 7, 2-8, 6 (по С.Н. Виноградскому предельные значения рН для нитрификаторов находятся в ши­роком диапазоне 5, 6-10, 3), особенно чувствительны они к сдвигу рН в кислую об­ласть.

Процессы нитрификации зависят от температуры очищаемых сточных вод. При температуре +9 °С снижается скорость нитрификации (8 °С — минимально допусти­мая); при температуре +6 °С процесс прекращается полностью (Максимовский, 1961). При прочих, благоприятных для нитрификации условиях, в зимнее время ее актив­ность снижается на 10 %. При температуре более +37 °С скорость нитрификации так­же снижается в связи с уменьшением содержания в воде растворенного кислорода. В диапазоне температур от 15 до 35 ° С нитрификация удовлетворительна и ее интен­сивность нарастает с повышением температуры до 35 °С.

В качестве окисляемого субстрата бактерии рода Nitrosomonas способны использо­вать аммиак, мочевую кислоту, гуанин (Кутузова, Трибис, 1989). При] этом органичес­кую часть молекулы бактерии не потребляют. Всю энергию, необходимую для процес­сов жизнедеятельности, бактерии получают, окисляя соли аммония, который высту­пает при этом в качестве донора водорода.

Нитрификация — достаточно медленный процесс, который еще более замедляет­ся и угнетается при недостатке растворенного кислорода в иловой смеси. Минимально необходимое содержание растворенного кислорода для обеспечения начальной ста­дии нитрификации должно превышать 1 мг/дм3. Причем требуется не только доста­точно высокий уровень растворенного кислорода для обеспечения дыхательной дея­тельности организмов активного ила, но и тщательное перемешивание иловой смеси в аэротенках, что достигается либо большим количеством подаваемого воздуха, либо совершенной системой аэрации (оптимальное сочетание мелкопузырчатых и крупно­пузырчатых аэраторов). На превращение одного миллиграмма аммонийного азота в нитритный затрачивается 2, 33 мг растворенного кислорода. Нитриты — продукт

















МШ


 


2.4.1. Соединения азота и фосфора


199


неполного окисления аммонийного азота. Появление нитритов в очищенных сточных водах свидетельствует о том, что основная часть органических веществ уже минера­лизована (исключение — процессы на полях орошения, где они протекают параллель­но) и началась нитрификация.

Вторая стадия нитрификации — образование нитратов начинается только при ус­пешном завершении первой, поскольку избыток аммиака тормозит развитие возбу­дителей второй фазы нитрификации. Вторая стадия нитрификации (рис. 2.18, область III) заключается в окислении образовавшихся в первой фазе солей азотистой кисло­ты в соли азотной кислоты. Процесс протекает в соответствии с уравнением:

Осуществляют вторую стадию нитрификации бактерии родов Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus Nitrocystis, Nitrospira (Краткий определитель бактерий Берги, 1980). Един­ственным субстратом окисления для них являются нитриты. Скорости роста бактери­альной биомассы Nitrobacter (образование азота нитратов) значительно большие, чем Nitrosomonas (образование азота нитритов). Бактерии второй стадии еще более чув­ствительны к неблагоприятным условиям среды: содержанию растворенного кисло­рода, рН. В кислой среде эти бактерии не развиваются, так как недиссоциированная молекула азотной кислоты для них ядовита. В щелочной среде на них отрицательно влияет недиссоциированный ион аммония. По этой причине бактерии второй стадии нитрификации функционируют в узких пределах нейтральных значений рН 7, 0-7, 6. Нитратпродуцирующие бактерии более требовательны к содержанию растворенного кислорода (при его содержании 3, 5 мг/дм3 нитрификация на второй стадии достига­ет максимальных значений). На окисление 1 мг нитритов до нитратов требуется 3, 4 мг кислорода.

Для успешного протекания процесса нитрификации необходимо не только поддер­живать в иловой смеси достаточное количество растворенного кислорода, но и пода­вать в 2-3 раза больше воздуха в начало аэротенка и в регенераторы, чем в другие зоны аэротенков, а также обеспечить удовлетворительный режим удаления ила из вторичных отстойников для предупреждения его залежей и возрастания в нем кис-лородпоглощаемости.

Однако бактерии второй стадии нитрификации менее чувствительны к токсикан­там и воспроизводятся гораздо быстрее, чем бактерии, обеспечивающие первую ста­дию. Поэтому первая стадия нитрификации по данным причинам чаще бывает лими­тирующей. Интенсивность нитрификации прямо пропорциональна численности нит­рифицирующих бактерий. При одинаковой температуре скорость роста у бактерий рода Nitrobacter примерно на 50 % больше, чем у Nitrosomonas. Поэтому избыточное удаление ила из системы, прежде всего, отрицательно повлияет на стадию образова­ния нитритов, а поскольку данная стадия — основная для образования нитратов, то разрушается весь процесс нитрификации.

Для удовлетворительной нитрификации также необходимы низкие нагрузки на ак­тивный ил и большой возраст ила (не менее 4-5 сут). За счет большого возраста ила удается сохранять необходимую численность нитрификаторов. Поддержание низко­го возраста предполагает более частую отгрузку ила и значительные потери нитрифи­каторов, которые медленнее восстанавливают свою численность, чем гетеротрофные


200


Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод


Глава 2


бактерии. Поддержание возраста ила свыше 8-ми суток позволяет в нитрифицирую­щем иле полностью восполнять потери нитрифицирующих бактерий, вымывающих­ся потоком сточных вод и удаляемых при сбросе избыточного ила (Хаммер, 1979).

При нагрузках на ил 400-500 мг БПК5 на 1 г активного ила нитрификация не обес­печивается. При нагрузках 200-250 мг/г нитраты появляются, особенно летом. При низких нагрузках 100-150 мг/г нитрификация протекает особенно интенсивно, и большая часть азота переходит в нитраты (Методика..., 1977). Существенное влияние нагрузки на наличие и глубину нитрификации объясняется необходимостью предва­рительного изъятия органических загрязняющих веществ из сточных вод, а также тем, что нагрузки определяют величину нитрификационного потенциала в сточных водах. Нитрификационным потенциалом сточных вод принято считать соотношение значе­ний БПК5 и общего азота в осветленных сточных водах после первичного отстаива­ния. В обычных системах очистки, работающих на полное окисление с последующей нитрификацией, нитрификационный потенциал составляет 5-6. При его возрастании интенсивность нитрификации снижается. В системах низконагружаемых аэротенков, обеспечивающих глубокую нитрификацию, а также в двухстадийных последователь­ных процессах очистки нитрификационный потенциал более благоприятен — он ра­вен 3. Нитрификационный потенциал очищаемых сточных вод определяет благопо­лучие нитрификации (Wastewater engineering, 1991) и уже на стадии проектирования должен учитываться при выборе технологической схемы очистки, поскольку он оп­ределяет величину фракции бактерий нитрификаторов в живой биомассе образующе­гося активного ила (табл. 2.29). Чем меньше фракция нитрификаторов, тем больший возраст активного ила должен поддерживаться для обеспечения удовлетворительной нитрификации. При проектировании очистных сооружений также должна учитывать­ся в расчетах скорость нитрификации, которая составляет в разных условиях от 3 до 10 мг азота на грамм беззольного вещества ила в час (Яковлев, Карюхина, 1980).

Таблица 2.29

Соотношение между нитрификационным потенциалом сточных вод и фракцией нитрификаторов (общая биомасса бактерий активного ила принята за единицу) (по Wastewater engineering, 1991)

 

Нитрификационный потен­циал (БПК/ общий азот) Фракция нитрификаторов Нитрификационный потен­циал (БПК/ общий азот) Фракция нитрификаюров
0, 5 0, 35 5 0, 054
1 0.21 6 0.043
2 0.12 7 0.037
■ л 0.083 8 0.033
4 0, 064 9 0, 029

Описанные процессы превращения азота позволяют определить критические фак­торы для развития нитрификации на действующих сооружениях биологической очи­стки (табл. 2.30). К ним относятся:

рН, температура очищаемых вод;

содержание водорастворимой легкоокисляемой органики в очищаемых сточных водах и эффективность ее окисления;


2.4.1. Соединения азота и фосфора


201


содержание аммонийного азота и белковых соединений в сточных водах;

аэробность в аэротенках, вторичных отстойниках;

состав сточных вод (относительное содержание промышленных сбросов, присут­ствие в них токсичных веществ);

нитрификационный потенциал в осветленных сточных водах;

величина нагрузки на активный ил, возраст ила и численность нитрифицирующих бактерий;

период аэрации в аэротенках и процент регенерации активного ила.

Таблица 2.30 Необходимые условия, обеспечивающие нитрификацию

 

Воздействующие факторы Диапазон значений
Допустимая рН Оптимум рН: I фаза нитрификации (NO2) II фаза нитрификации (NO, ) 5, 6-10, 3 7, 2-8, 6 7, 0-7, 6
Допустимая температура, " С Оптиматьная температура, °С 9-35 15 -30
Растворенный кислород, мг/дм3 минимальное содержание: оптимальное содержание: I фаза II фаза > 1, 0 1, 8-3, 0 2, 5-3, 5
Содержание тяжелых металлов в очищаемых сточных водах, мг/даг Менее 5, 0 без учета их сочетанно-го действия
Наличие других токсикантом В концентрациях, не ингибирую-щих процесс
Возраст ила (опгамальный), сух 6-9
Допустимый нитрификационный потенциал От 0, 5 не более 8, 0
Оптимальный нитрификационный потенциат 0, 5-6, 5

Наличие незначительных количеств окисленных форм азота в очищенных водах свидетельствует об удовлетворительно завершенном процессе окисления органики и начавшейся нитрификации. Присутствие NH4 (более 2, 0 мг/дм3) и NO2 (в десятых долях единиц) в очищенных водах говорит о недостаточной глубине нитрификации. На сооружениях биологической очистки, обеспечивающих глубокую нитрификацию, в очищенных водах весь азот представлен в основном в форме нитратов, его содер­жание составляет не менее 5, 0-6, 0 и может достигать 40, 0 мг/дм3 и более. Нитриты редко достигают десятых долей единиц, даже если их образуется много в результате незавершенного процесса нитрификации, они в значительной степени окисляются в процессе хлорирования и в очищенных водах присутствуют в сотых долях единиц, а аммонийный азот не превышает 1, 0 мг/дм3.

2.4.1.1.1. Причины подавления нитрификации на действующих сооружениях. Пробле­мы, возникающие при интенсивной нитрификации. На рис. 2.20 представлена


202


Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод


Глава 2


диаграмма содержания различных форм азотсодержащих веществ в очищенных сточ­ных водах для хорошо работающих очистных сооружений в летний период при от­сутствии неблагоприятных факторов для нитрификации.

Рис. 2.20. Различные формы азотсодержащих веществ в очищенных сточных водах (низко- и средненаг-ружаемых городских очистных сооружений) при удовлетворительных условиях нитрификации

Как видно из представленных данных, при удовлетворительно протекающем про­цессе нитрификации, в очищенных водах значительная доля азотсодержащих веществ представлена азотом нитратов. В неблагоприятных для нитрификации условиях про­цесс накопления нитратов подавляется. Наиболее распространенными причинами угнетения нитрификации в аэротенках являются высокие концентрации органичес­ких загрязняющих веществ, недостаток растворенного кислорода и промышленные поллютанты, присутствующие в сточных водах, поступающих на очистку.

Не все сооружения предназначены для очистки сточных вод с нитрификацией. Вы-соконагружаемые сооружения с низким возрастом ила, малым периодом аэрации мо­гут обеспечивать незначительную нитрификацию в летний период при хорошей экс­плуатации, но это исключение из правил.

Подавляющее большинство сооружений городской канализации в России постро­ены с учетом полного окисления органических загрязняющих веществ с последующей нитрификацией. Основная причина неэффективной работы таких сооружений (при условии их удовлетворительной эксплуатации) — присутствие в очищаемых сточных водах сложноокисляемых загрязняющих веществ, ксенобиотиков и токсикантов.

Рассмотрим влияние сложного состава сточных вод, включающих токсиканты про­мышленного происхождения на эффективность процесса нитрификации на примере сооружений биологической очистки г. Нижнего Новгорода.

Оценить сложность состава очищаемых сточных вод можно наиболее простым


2.4.1. Соединения азота и фосфора


203


способом — анализируя соотношение содержащихся в них легко- и сложноокисляе-мых загрязняющих веществ, характеризуемых показателями БПК и ХПК. При соот­ношении БПКполн: ХПК в поступающих на очистку сточных водах, равном 0, 5-0, 7 и более, — целесообразно их очищать биологическим способом, снижение этого пока­зателя указывает на увеличение доли инертных к биохимическому окислению и слож-ноокисляемых веществ. При соотношении БПК||ОЛ|, : ХПК в поступающих на очистку сточных водах, равном 0, 5 и менее, содержание в них сложноокисляемых веществ превышает допустимый предел для биологической очистки. Такие сточные воды мо­гут быть направлены на сооружения биохимической очистки только после предвари­тельного локального удаления из них загрязняющих веществ физико-химическими методами очистки непосредственно на очистных сооружениях промышленных пред­приятий.

Эти требования заложены в условия проектирования сооружений биологической очистки. По требованиям СНиП Н-32-74 соотношение ХПК: БПК5 в поступающих на биологическую очистку сточных водах не должно превышать 2, 5 раза, а ХПК: БПКполн — 1, 5 раза. Эти требования также учтены в методических рекомендациях но приему сточных вод в системы канализации (Методические рекомендации..., 2001).

Однако при проектировании городских сооружений биологической очистки соблю­дение этих требований из экономических соображений, как правило, игнорируется, в результате на биологическую очистку поступают сточные воды от всех промышлен­ных предприятий города без предварительного извлечения из них инертных к био­химическому окислению поллютантов. Если промышленность в городе развита, то возникают проблемы с обеспечением удовлетворительной биологической очистки таких сточных вод.

На рисунках 2.21 и 2.22 представлены данные по содержанию в поступающих на очистку сточных водах очистных сооружений гг. Серпухова и Нижнего Новгорода органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателями ХПК и БПК-,. В г. Серпухове в сточных водах превышение ХПК над БПК5 составляет до 2, 5, а в Нижнем Новгороде до 3-4 раз. На сооружениях г. Серпухова процессы нитрифика­ции осуществляются, однако периодически наблюдается их подавленность. На очис­тных сооружениях г. Нижнего Новгорода в условиях удовлетворительной эксплуата­ции, при обеспечении всех необходимых условий для поддержания эффективной нитрификации в активном иле постоянно присутствует стойкое гелевое вспухание периодически переходящее в нитчатое. Процессы нитрификации обеспечиваются, но периодически полностью подавляются, что можно рассматривать как отклик биоце­ноза активного ила на присутствие в очищаемых сточных водах значительной доли инертных к биохимическому окислению загрязняющих веществ и промышленных токсикантов.

В табл. 2.31 представлены результаты гидрохимического контроля качества сточ­ных вод, поступающих на очистку в аэротенки после их первичного отстаивания и очищенных, и данные по накоплению основных токсических веществ непосредствен­но в активном иле первой очереди очистных сооружений г. Нижнего Новгорода. Как видно из таблицы, накопление тяжелых металлов в активном иле в десятки тысяч раз превышают их содержание в сточных водах. Такое накопление металлов в активном


204


Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод


Глава 2


иле приводит, прежде всего, к подавлению процесса нитрификации, поскольку нит­рифицирующие бактерии чрезвычайно чувствительны к неблагоприятному воздей­ствию токсикантов. Эффективность очистки на этих сооружениях (табл. 2.32) доволь­но высокая по взвешенным и органическим веществам, а процесс нитрификации в аэротенках протекает слабо или отсутствует полностью.



Г(

: и I: и м х;


2.4.1. Соединения азота и фосфора


205


Таблица 2.31 Содержание загрязняющих веществ в очищаемых сточных водах

(по среднегодовым данным за 1999 г.) и в активном иле (единичное измерение) первой очереди сооружений г. Нижнего Новгорода

 

Определяемые ингредиенты Сточные воды после пер­вичных отстойников, мг/дм" Очищенные сточ­ные воды, мг/дм Активный ил из аэротен-ков, мг/кг сухого ила
ХПК 139 38.1 Не определялось
БПК5 44.8 2.9 То же
Взвешенные вещества 55.0 7.2  
Азот    аммонийных солей 15.29 9.55 -" -
Азот нитритов Не обнаружено 0.11 " -
Азо1 нитратов То же 1.8 -" -
Фосфаты 1.69 0.88 " -
Хром Q.018 0.0016 " -
Медь 0^022 0, 0026 528
1 [и iik- 0.129 0, 025 2284.6
Никель Не обнаружено Не обнаружено 396.3
Кадмий То же То же 13.5
Кобальт -" - -" 3.1
Свинец -" - " 85, 8
Нефтепродукты 2 22 0, 11 11е определялось

Таблица 2.32

Эффективность очистки сточных вод по основным показателям загрязнения на сооружениях г. Нижнего Новгорода в ноябре-декабре 1999 г. (среднемесячные данные)

 

 

Гидрохимические показатели загрязне­ния сточных вод, мг/дм3

Очищенные сточные воды

I очередь II очередь
БПК5 4, 4 3, 0
Взвешенные вещества 7, 2 5, 8
Азот аммонийных солей 15, 36 14, 69
Азот нитратов 0, 26 0, 05

На рис. 2.23 представлена диаграмма, демонстрирующая содержание различных форм азота в сточных водах, поступающих на очистку на сооружения г. Нижнего Нов­города. Сравнение этих данных с данными диаграммы, изображенной на рис. 2.19 по­зволяет сделать вывод, что сточные воды, поступающие на очистные сооружения г. Нижнего Новгорода, по содержанию в них азотсодержащих веществ не перегружены и соответствуют усредненной норме. Проведенный анализ эффективности трансфор­мации азотсодержащих соединений в марте 2000 г. по всем звеньям очистки выявил характерные особенности происходящих процессов.


206


Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод


Глава 2


 




25.98


А зотсодержащие вещества


Рис. 2.23. Содержание различных соединений азота в поступающих на очистку сточных водах 1-й очере­ди сооружений г. Нижнего Новгорода


 


 








































I I


20 15 10

0


0.17


0, 17


15, 10


■ 19, 64


J9.98


 


В |









Л га я и


Азотсодержащие вещества




Ю О О Й

Рис. 2.24. Содержание различных соединений азота в осветленных водах 1-й очереди сооружений г. Ниж­него Новгорода

В первичных отстойниках (см. рис. 2.24) наблюдается незначительное повышение аммонийного азота за счет процесса аммонификации белка и снижение органическо­го, а, следовательно, общего азота. Данные по качеству очищенной и даже доочищен-ной в биологических прудах воде (рисунки 2.25, 2.26) указывают на отсутствие про­цесса нитрификации в аэротенках и прудах. На рис. 2.27 представлена диаграмма, де­монстрирующая эффективность трансформации азотсодержащих органических ве­ществ в обычных процессах биологической очистки при наличии удовлетворитель­ного процесса нитрификации (Челябинские очистные сооружения) и в его отсутствии


2.4.1. Соединения азота и фосфора


207


 



I I


14-12

10-8 6


О


 


 

      гая i ^ Азотсодержащие
о   2 2 ^    вещества
с р о 5 s
о 5 Е CQ О
«   гаи 1 2;
К 5   я  
в |2 о    
ю   + я  
О     &  
    \^ ю  
      О  

Рис. 2.25. Содержание различных соединений азота в очищенных сточных водах 1-й очереди сооружений г. Нижнего Новгорода


14

" % 12 " Ё Ю

СЧ*^    о

U          О '












I 4

f§ 2-0


 

        1 Г? Азотсодержащие
о 55 а 55 тпо ю ески 2 S вещества
    дий азо ьельдал органич азот (bi 6'  
    ю О « t s В    

е  О

Рис. 2.26. Содержание различных соединений азота в доочищенных сточных водах сооружений доочист-ки (пруд № 1) г. Нижнего Новгорода

(очистные сооружения г. Нижнего Новгорода). Из представленных данных видно, что наличие инертной к биохимическому окислению и сложноокисляемой органики, низкое содержание органических веществ, регистрируемых показателем БПК


208


Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод


Глава 2


(см. рис. 2.22) в поступающих на очистку сточных водах, накопление токсикантов не­посредственно в активном иле практически полностью подавляет процесс нитрифи­кации на очистных сооружениях г. Нижнего Новгорода. Эти данные подтверждают­ся результатами биотестирования (рис. 2.28), которые выявляют заметное возрастание токсичности сточных вод в процессе очистки, что происходит за счет накопления ме­таллов в возвратном активном иле, увеличения растворимых форм металлов в процес­се биохимического окисления и возрастания внутренней токсической нагрузки.



|Н. Новгород I Челябинск


 


Азотсодержащие вещества

Рис. 2.27. Количество азотсодержащих веществ в биологически очищенной воде: в условиях удовлетво­рительной нитрификации (о/с г. Челябинска), при ее отсутствии (о/с г. Н.Новгорода) по среднегодовым данным за 1999 г.



Дата

20 июля 6 июля 2 июля

30 июня 23 мая

18 марта


Норма


□ сточная вода после доочистки в прудах

? сточная вода после биологической очистки

? сточная иода, поступающая в аэротенки


 


















0, 2



0.4



0.6


0, 8                 1

Индекс токсичности


Рис. 2.28. Повышение индекса токсичности сточных вод в процессе биологической очистки о/с г. Н.Нов­города (1999 г.)

Эффективная нитрификация не всегда благоприятный процесс и может приводить к ухудшению качества очищенных сточных вод на сооружениях биологической


2.4.1. Соединения азота и фосфора


209


очистки, обеспечивающих глубокую нитрификацию, в результате денитрификации во вторичных отстойниках по причине разрывания хлопьев ила газообразным азотом, всплывания на поверхность отстойника и выноса с очищенной водой. Смена темпе­ратурного режима в летний период усугубляет это явление. Возникает парадоксаль­ная ситуация, при которой чем выше степень очистки и глубже идут процессы нит­рификации, тем больше опасность загрязнения водоемов в результате избыточного выноса ила из вторичных отстойников по причине денитрификации.

Падение удельных нагрузок на ил (количество органических загрязнений, выра­женное показателем ВПК, приходящееся на грамм сухого вещества ила) позволяет повысить эффективность очистки, усилить нитрификацию и провоцирует развитие денитрификации, как, например, это произошло на городских сооружениях г. Северод­винска в результате замены первичных отстойников более совершенной конструкци­ей и уменьшения поступающих в аэротенки загрязняющих веществ. При работе ста­рых сооружений удельные нагрузки на сооружениях г. Северодвинска составляли 264, а после подключения новых — упали до 200 мг БПК5 на грамм сухого ила. Такое сни­жение нагрузок способствовало эффективному удалению органических загрязняю­щих веществ из сточных вод (табл. 2.33) и интенсивному развитию процесса нитри­фикации в аэротенках. Качество очистки в аэротенках улучшилось по всем общеса­нитарным гидрохимическим показателям, а содержание нитратов в очищенной воде достигло 44, 2 мг/дм3 (табл. 2.34), что способствовало развитию процесса денитрифи­кации во вторичных отстойниках и ухудшению качества очистки сточных вод за счет выноса всплывающего со дна отстойника активного ила. В микроаэрофильных усло­виях вторичных отстойников регистрировались последствия денитрификации в зоне отстаивания. По всей поверхности отстойника при увеличении температуры воды бо­лее 16 °С появлялись пузырьки газа, затем отдельные, всплывающие вместе с пузырь­ками, небольшие «островки» ила; в дневное время «островки» быстро укрупнялись и выносились с потоком воды из отстойника, загрязняя очищенную воду.

Таблица 2.33


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-04-09; Просмотров: 89; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.143 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь