Эффективность удаления фосфора из сточных вод при использовании различных схем биологической очистки

 

Применяемый процесс очистки сточных вод	Эффективность удаления фосфора, %
Первичное отстаивание	5-15
Аэротенки (обычный процесс биологической очистки при ус­ловии незначительной нитрификации)	10-30
Комбинированная схема нитрификации-денитрификации и биологического удаления фосфора '. а) без ацидофикации б) с предварительной ацидофикацией г) с последующим применением реагентов	60-70 70-95 80-95

¹⁾ Приводятся значения по данным, полученным в результате реализации технологии глубокого уда­ления азота и фосфора на действующих очистных сооружениях в Европейских странах.

В результате анаэробной ацидофикации из сырого осадка образуется как легкоо-кисляемая растворимая органика, так и летучие жирные кислоты, чем успешнее про­цесс образования этих веществ, тем полнее обеспечивается активный ил полноцен­ным питанием, эффективнее протекает процесс денитрификации и тем больше фос­фора удается изъять из сточных вод, за счет накопления его в клетках бактерий актив­ного ила.

Летучие жирные кислоты и легкоокисляемая органика затрачиваются на процессы денитрификации и удаления фосфатов. Для эффективного протекания этих двух процессов в одном анаэробном тенке необходимы добавки органики и летучих жир­ных кислот в достаточно высоких концентрациях: до 500-800 мг/дм³ легкоокисляе-мой фракции ХПК и до 400 мг/дм³ летучих жирных кислот. Содержание легкоокис -ляемой органики в сточных водах характеризуется по показателю БПК₅ или по ХПК в фильтрованной пробе. Для характеристики содержания легкоокисляемых органи­ческих веществ в сточных водах при осуществлении оперативного контроля наибо­лее пригоден анализ ХПК в фильтрованной пробе. Скорость потребления летучих жирных кислот в анаэробной зоне 60 мг/г сухого вещества ила в час. Скорость денит­рификации составляет от 2, 3 до 9, 3 мг азота на 1 мг беззольного вещества ила в 1 час (Яковлев, Карюхина, 1980) и зависит от используемого источника дополнительной легкоокисляемой органики.

Оптимальные параметры среды для ацидофикации сырого осадка. К основным фак­торам, влияющим на эффективность ацидофикации сырого осадка относятся: темпе­ратура, кислотность среды, окислительно-восстановительный потенциал, состав очи­щаемых сточных вод, время пребывания сырого осадка в ацидофикаторе и пр.

Один из наиболее важных параметров успешного ацидогенеза сырого осадка —

2.4.1. Соединения азота и фосфора

255

 

температура, которая влияет на сроки ацидофикации. Ацидофикаторы могут работать при психрофильных (более 20 °С), мезофильных (20-45 °С) или термофильных (50-65 °С) условиях. Термофильные ацидофикаторы имеют высокие скорости реакции, однако это не окупает стоимость дополнительной тепловой энергии, необходимой для поддержания более высоких температур. Данное обстоятельство объясняет достаточно редкое использование на практике отдельных ацидофикаторов, требующих обязатель­ного подогрева осадка в зимнее время. Если ацидофикация сырого осадка совмеща­ется с процессом удаления взвешенных веществ в действующих первичных отстой­никах, то подогрева осадка не требуется, так как его температура зависит, в основном, от температуры очищаемых сточных вод, которая в зимний период (при наличии го­рячего водоснабжения в населенном пункте) не опускается ниже 12-15 °С. Нижняя граница оптимума для удовлетворительной ацидофикации находится в пределах 15 °С, при температуре сточных вод ниже 9 °С скорость ее резко снижается. Темпера­тура окружающего воздуха не имеет столь значимого влияния на процесс ацидофи­кации, однако последний протекает более эффективно в зимний период в глубоких вертикальных отстойниках, имеющих меньшую поверхность охлаждения. Учитывая этот факт, следует в зимнее время накрывать ацидофикаторы деревянными щитами, изготовленными из досок толщиной 50-70 мм с утеплением. При небольшой площа­ди поверхности ацидофикаторов это можно легко осуществить, изготовив опорные перекрытия.

Концентрация водородных ионов является важным фактором при гетероацидоген-ном процессе. Оптимум рН находиться в диапазоне 6, 2-7, 6, причем в процессе аци-догенеза сточные воды могут несколько подкисляться. Однако регулирования рН при этом не требуется, поскольку в результате взаимодействия между аммонийными (об­разующимися в процессе брожения) и гидрокарбонатными ионами создается буфер­ная емкость. В результате снижения рН в процессе брожения может измениться цвет сырого осадка, который обычно имеет черный цвет за счет образующегося сернисто­го железа из железа и сероводорода, присутствующих в очищаемых сточных водах. При подкислении сырого осадка этот процесс тормозится, и цвет осадка осветляется.

На ход процесса влияет также окислительно-восстановительный потенциал, кото­рый в ацидофикаторах должен быть не менее -150 мВ.

Токсины снижают биологическую активность анаэробных микробов на стадии аци­дофикации и в этом плане наиболее опасны ионы тяжелых металлов и СПАВ. При этом нельзя забывать, что анаэробные организмы превосходят по устойчивости к воз­действию токсикантов аэробов.

Поскольку прирост анаэробного ила в 10 раз меньше, чем аэробного, следует для поддержания необходимой концентрации постоянно осуществлять рециркуляцию анаэробного ила. Время пребывания твердой фракции сырого осадка в ацидофикато­рах составляет несколько суток для обеспечения достаточной дозы анаэробного ила. При первичном наращивании осадка в Отдельных сбраживателях необходимо учесть, что время наращивания должно быть в 2-4 раза больше, чем для аэробных процессов. Даже при высокой температуре (35 °С) на первичное наращивание анаэробного ила требуется от 30 до 60 суток. Поэтому желательно в начальном цикле ацидофикации «заразить» сырой осадок осадком из метантенков, если таковые имеются на данных

 

 

256

Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод

Глава 2

 

или близко расположенных сооружениях. При использовании первичных отстойни­ков в качестве ацидофикаторов необходимо предусмотреть неполную отгрузку сыро­го осадка на утилизацию для обеспечения необходимого количества «затравки» для последующего цикла ацидофикации.

Обязательными условиями для удовлетворительного процесса ацидогенеза явля­ется эффективное предварительное удаление из сточных вод инертных к анаэробно­му сбраживанию загрязняющих веществ: отбросов, мусора, песка. Для этого требует­ся установка на очистных сооружениях решеток с прозорами не менее 6-10 мм. Уда­ление в песколовках песка всех фракций, включая мелкие (менее 0, 1 мм), на действу­ющих сооружениях требует, как правило, реконструкции песколовок в аэрируемые.

Реконструкция первичных отстойников для обеспечения ацидофикации сырого осад­ ка. Реконструкция первичных отстойников предполагает, что они будут выполнять, кроме своей основной функции — осаждения взвешенных и оседающих веществ, до­полнительную функцию ацидофикации осадка, поэтому она должна быть проведена так, чтобы эффективность осветления сточных вод не снизилась или снизилась ми­нимально.

Время пребывания сточных вод в первичных отстойниках (после их реконструк­ции) не должно превышать предусмотренное проектом, то есть не должно быть более 2 ч, а время пребывания сырого осадка в приямках увеличивается с 8-12 ч (по про­екту) до 3-5 и более суток, что обеспечивается периодической внутренней циркуля­цией осадка. Осадок забирается из приямков и насосом подается в поступающую в первичные отстойники воду 4-7 раз в сутки, при этом трубу (подающую осадок) сле­дует заглубить в поток сточных вод так, чтобы осадок не обогащался кислородом воз­духа. Циркуляция осадка способствует удалению газов из него и не позволяет ему уплотняться. Уплотнение осадка угнетает процесс его брожения. Недостаточная час­тота циклов циркуляции осадка приводит к увеличению выноса взвешенных веществ из первичных отстойников и торможению процесса ацидофикации. Рециркулирую-щий осадок в момент циркуляции разбавляется очищенной водой из вторичных от­стойников для увеличения массового выхода необходимых фракций из осадка. Это обеспечивается устройством дополнительной емкости смешения сырого осадка с очи­щенной водой и дополнительными насосами для их откачки и смешения. Если обес­печение данного условия чем-либо ограничено, то во время рециркуляции сырого осадка можно подавать небольшие порции очищенных сточных вод в поток сточных вод, поступающих в первичные отстойники. Но это допускается только при условии, что первичные отстойники не перегружены по объему сточных вод. Такие добавки очищенных сточных вод способствует более быстрому переходу органических ве­ществ, содержащихся в сыром осадке, из нерастворимого в растворимое состояние за счет дополнительного разбавления.

Отгрузка сырого осадка на утилизацию не осуществляется в течение трех или пяти суток (до завершения ацидофикации). Время пребывания сырого осадка в первичном отстойнике уточняется экспериментально и определяется по величине выноса взве­шенных веществ из первичных отстойников и по эффективности образования лету­чих жирных кислот, легкоокисляемой органики, а также по степени сбраживания сы­рого осадка.

!

2.4.1. Соединения азота и фосфора

257

Степень сбраживания сырого осадка определяется по его беззольному веществу до начала его брожения и после завершения ацидофикации. Распад осадка ( дх ) рассчи­тывается по формуле:

_{АХ =} х₁-х₂

где Xi — беззольное вещество сырого осадка до начала процесса ацидофикации, г/дм³; Х₂ — беззольное вещество в выгружаемом осадке, г/дм³.

Степень сбраживания осадка должна составлять не менее 3-5 % при удовлетвори­тельной ацидофикации.

Избыток сырого осадка периодически (по мере его накопления и завершения аци­дофикации) удаляется. Сигналом для очередной отгрузки сырого осадка из отстойни-ка-ацидофикатора служит снижение содержания легкоокисляемой органики и ЛЖК в осветленных водах, повышение зольности осадка. Таким образом, пребывание сы­рого осадка в первичном отстойнике, реконструированном под ацидофикатор, увели­чивается до нескольких суток, что приводит к повышению его концентрации в 3-5 раз по сравнению с обычной эксплуатацией.

Концентрация сырого осадка должна поддерживаться в ацидофикаторе от 10 до 20 г/дм³, что теоретически позволит получить в осветленных водах от 70 до 400 мг/дм³ летучих жирных кислот или от 120 до 800 мг/дм³ легкоокисляемой орга­ники (в фильтрованной пробе ХПК).

Увеличение времени пребывания сырого осадка в первичном отстойнике (даже в условиях его периодической рециркуляции) может привести к избыточному выносу взвешенных веществ из отстойника. В ацидофицирующем осадке возможно избыточ­ное образование газов: углекислого, метана и других, что может приводить к повы­шенному выносу анаэробного осадка из первичных отстойников. Пузырьки газов, вынося частицы осадка, могут образовывать пену на поверхности ацидофикатора. Для предотвращения выноса осадка и усиления анаэробных условий в ацидофикато­ре, если он проектируется как отдельный сбраживатель, предусматривается его доста­точно большая глубина от 5 до 10 метров. В первичных отстойниках проводятся ме­роприятия по предотвращению выноса осадка. В радиальных и вертикальных отстой­никах устанавливают на расстоянии 0, 3-0, 5 м от водосборных лотков полупогружен­ные деревянные щиты по всему периметру отстойника. Низ щитов погружают в воду на 0, 25-0, 3 м, а верх должен возвышаться над уровнем воды на 0, 2-0, 3 м (Жуков и др., 1969). Щиты обеспечивают удовлетворительное сползание осадка и удержание всплывающего осадка в отстойниках.

При необходимости устанавливается также поверхностная камера для улавливания всплывающего осадка и к ней приваривается отдельный трубопровод, который соеди­няется с общей системой удаления избыточного сырого осадка. У горизонтальных от­стойников увеличивают перелив (рис. 2.53); если они оборудованы скребковым меха­низмом, уменьшают расстояние между скребками и обеспечивают его более частую или даже круглосуточную работу для лучшего перемешивания осадка.

При использовании технологии ацидофикации осадка в действующих первичных отстойниках не рекомендуется добавлять в них избыточный активный ил, который совместно с сырым осадком сбраживается только в отдельно строящихся

258

Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод

Глава 2

ацидофикаторах. Добавки избыточного активного ила в первичные отстойники-аци-дофикаторы приводят к существенному нарушению гравитационного осаждения взве­шенных веществ. Однако на практике, реконструкция первичных отстойников под ацидофикаторы сырого осадка на тех сооружениях, где реализована технология на­правления избыточного активного ила в первичные отстойники, показала, что и в этом случае можно получить положительные результаты. Так, например, на очистных сооружениях г. Сергиев Посад, работающих в режиме средних нагрузок на активный ил (от 140 до 300 мг БПК₅/г ила в сутки) по рекомендациям автора была проведена реконструкция радиальных отстойников под ацидофикаторы сырого осадка. В соот­ветствии с существующей на данных сооружениях технологической схемой, в отстой­ники подавался весь объем образующего избыточного активного ила. В результате ацидофикации смеси осадков удалось понизить индекс активного ила на 40 см³/г за счет снижения численности нитчатых организмов, снизить содержание нитратов в очищенных водах с 38 до 27 мг/дм³, фосфатов с 8, 17 до 5, 76 мг/дм³ (по среднемесяч­ным данным) за счет денитрификации и дефосфотации. При этом в аэротенках не проводилось никаких мероприятий по обеспечению анаэробных зон.

шЯШ

5

Рис. 2.53. Увеличенная длина зубчатого водоперелива за счет использования 1/3 длины боковых стен го­ризонтального отстойника. Сооружения биологической очистки г. Мурома

На очистных сооружениях г. Зеленограда схема использования первичных отстой­ников для ацидофикации сырого осадка была реализована на одной из очередей в ап­реле 1996 г. При этом система рециркуляции ила не обеспечивалась, сырой осадок просто задерживался в первичных отстойниках до 2-3-х суток без отгрузки, приме­нялись мероприятия по сокращению выноса взвешенных веществ из отстойников (полупогруженные деревянные щиты, сбор всплывающего осадка). В результате уда­лось усилить процессы денитрификации в аэротенках (табл. 2.56) без обеспечения

2.4.1. Соединения азота и фосфора

259

зоны денитрификации. К сожалению, процесс дефосфотации в этот период не конт­ролировался и не может быть оценен.

Таблица 2.56

⇐ Предыдущая17181920212223242526Следующая ⇒

Поделиться: