Опыт проектирования и внедрения сооружений глубокой очистки сточных вод от биогенных элементов. Часть 2

Опыт проектирования и внедрения сооружений глубокой очистки сточных вод от биогенных элементов. Часть 2 // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. №5. C.38-39

Нормативными документами, определяющими техническую политику в области проектирования систем водоотведения, являются СНиП 2.04,03-85, ?Справочник проектировщика?, а также справочное пособие к СНиПу ?Проектирование сооружений для очистки сточных вод?. В них подробно освещаются вопросы удаления аммонийного и нитратного азота в процессах нитриденитрификации. Приводятся примеры расчета аэротенка-нитрификатора при наличии и отсутствии органических веществ, а также реакторов денитрификаторов со взвешенной культурой активного ила и с фиксированной загрузкой (кварцевый песок, гравий, пленочные загрузки, стеклоерши).

Задача глубокого удаления фосфора решается с помощью применения реагентов -традиционных коагулянтов (сернокислое железо, сернокислый алюминий, железный купорос и отходы производства, содержащие соли железа или алюминия, не токсичные для биологических процессов) и биолого-химической очистки с введением вышеперечисленных реагентов на ступени биологической обработки в аэротенках.

Одной из наиболее важных проблем при внедрении сооружений по удалению азота является ресурсосбережение. Так, например, снижение эффективности процесса денитрификации может быть вызвано разными причинами. Наиболее характерной является отсутствие необходимого количества органического субстрата. Работами НИИ ВОДГЕО было установлено, что при низком содержании азота нитратов в очищенной воде, количество органического вещества, приходящееся на единицу азота, должно быть значительно выше стехиометрического значения. Это важно при осуществлении стабильной денитрификации на второй ступени, для которой соотношение ХПК/азот не должно быть менее 5:1. В условиях неблагоприятного соотношения ХПК/азот для увеличения эффективности изъятия биогенных элементов требуются мероприятия по насыщению сточных вод органическим субстратом. В качестве последнего возможно применение различных дополнительных источников легкоокисляемых органических соединений (в частности низшие жирные кислоты), которые могут быть получены путем кислого брожения осадков первичных отстойников, а также фугат цеха обезвоживания осадка, метанол, уксусная кислота и др.

Применение на стадии денитрификации в качестве органического субстрата товарных продуктов (в частности метанола) экономически оправдано, если отсутствуют отходы производства или сточные воды, содержащие необходимое количество биоразлагаемых компонентов. Так вместо товарных продуктов целесообразно использовать отходы производства адипиновой, себациновой кислот, капролактама.

Проектная проработка технологических схем по совместному удалению азота и фосфора в модифицированном биологическом процессе должна быть направлена на решение основной задачи - удаление соединений азота и фосфора при стабильном качестве очистки, минимальных затратах и незначительном риске вторичного загрязнения водоприемников.

Основным технологическим документом для проектирования являются исходные данные, содержащие:


нормативы, характеризующие технический уровень и эффективность очистки;

количественные и качественные характеристики исходной сточной воды;

описание технологических процессов обработки сточной воды;

материальный и энергетический баланс технологического процесса очистки;

основные технико-экономические показатели лучших отечественных и зарубежных аналогов в сравнимых условиях, атак-же данные по:

технологии переработки и утилизации образующихся отходов;

созданию систем водопользования с максимальным использованием оборотной воды;

защите окружающей среды от вторичного загрязнения;

безопасной эксплуатации очистных сооружений;

использованию прогрессивного оборудования;

автоматизации технологического процесса очистки.

При разработке оптимальной для данного объекта технологии очистки сточных вод от биогенных элементов следует руководствоваться следующими критериями:


объем стоков, подвергаемых очистке, должен быть минимальным;

выбор той или иной технологии очистки сточных вод должен строго увязываться со спецификой очищаемой воды и учитывать себестоимость уже существующих сооружений и технологий очистки, включая стоимость энергии, материалов, плату за загрязнение окружающей среды, стоимость сброса воды в городскую систему водоотведения и пр.;

аппаратурно-технологическое оформление стадий очистки осуществляется в соответствии с поставленной задачей и оценивается степенью реализации процесса в каждом конкретном случае.

Реализация биологической очистки с целью удаления биогенных элементов связана с решением следующих задач:


расширение области применения (практически весь спектр азот- и фосфорсодержащих сточных вод в сочетании с органическими загрязнениями);

устойчивое функционирование процессов при существенных колебаниях концентраций исходных загрязнений и неравномерности поступления воды;

обеспечение стабильного качества очищенной воды на выходе из системы по мере стабилизации биоценоза активного ила;

интенсификация процессов (повышение рабочих концентраций активного ила, увеличение окислительной мощности);

минимизация образования избыточного активного ила, и, как следствие-упрощение технологии дальнейшей обработки и утилизации избыточного ила;

повышение экологической чистоты технологических процессов и оборудования;

повышение уровня автоматизации;

переоснащение действующих очистных сооружений при минимальных затратах.

Цель реконструкции - повысить пропускную способность и эффективность очистки. При этом следует предусматривать расширение станции в пределах существующих площадей в вертикальном направлении с максимальным использованием существующих емкостных сооружений, сохраняя их прежнее технологическое назначение.

Интенсификация работы очистных сооружений осуществляется по следующим направлениям:


Применение новых или модифицированных технологических процессов, что позволяет снизить объем сооружений и занимаемую ими территорию, достичь экономии ресурсов при строительстве и эксплуатации. Важным достоинством станций, построенных на базе новых технологий, является обеспечение больших возможностей для регулирования процесса как по объему воды, так и по глубине очистки.

Применение более совершенных конструкций.

Переработка типовых решений для приведения в соответствие с новыми нормативными требованиями. Жесткие нормативные требования к качеству очищенных сточных вод по содержанию соединений азота и фосфора обусловили необходимость разработки соответствующих процессов, в связи с чем возникла необходимость пересмотра используемых подходов к разработке очистных сооружений биологической очистки. Принятые ПДК могут быть обеспечены только при помощи нескольких ступеней очистки, а современный уровень развития технологий позволяет синтезировать системы обработки, с помощью которых можно получить очищенную воду практически любого заданного качества.

Особенности биологической нитриде-нитрификации и дефосфатации в уравнениях ферментативных реакций описываются кинетическими и физиологическими константами, численные значения которых для каждого вида сточных вод устанавливаются в результате экспериментальных исследований на проточных моделях. Расчет состоит в определении значений удельных скоростей процессов и роста микроорганизмов с учетом ингибирующего влияния компонентов сточных вод, минимального требуемого возраста ила для каждого процесса, концентрации активного ила в сооружениях. Расход воздуха определяется исходя из необходимого количества кислорода на окисление органических веществ и нитрификацию с учетом использования связанного кислорода, выделяющегося на стадии денитрификации. Определение остальных технологических параметров и объемов сооружений по соответствующим формулам СНиП 2.04.03-85.

Для удаления соединений азота и фосфора в модифицированном биологическом процессе используется ряд технологических схем, каждая из которых отличается числом ступеней очистки, наличием или отсутствием контуров рециркуляции активного ила и сточной воды, местом подачи исходной сточной жидкости и активного ила, направлением потоков иловой смеси, степенью очистки, нагрузками на активный ил и т.п. Критерием оптимальности при выборе технологической схемы является минимум затрат при обеспечении требуемого качества очищенной воды.

Организация технологического режима на сооружениях биологической очистки должна в решающей степени определяться необходимыми качествами образующегося осадка. При биологическом удалении фосфора осадок приобретает ряд специфических свойств. Непрерывная смена анаэробных и аэробных условий способствует селекции видов микроорганизмов, наиболее способных к быстрому накоплению субстрата и увеличению степени иммобилизации фосфатов в составе клеточных структур при аэробных условиях. В осадке, состоящем преимущественно из избыточного активного ила такого процесса, содержание органических соединений повышено, что обеспечивает при его анаэробном сбраживании более высокую продуктивность по биогазу.

В настоящее время имеются все основания полагать, что резервы эффективности методов удаления биогенных элементов биологическим путем далеко не исчерпаны. Его развитие может быть продолжено в следующих направлениях:

- проведение теоретических и экспериментальных исследований с целью повышения биохимической активности микроорганизмов активного ила в модифицированном процессе и оптимизации отдельных его стадий;

- разработка комплексных методов удаления биогенных элементов, в частности фосфора;

- разработка и внедрение новых технологических схем и конструкций, а также совершенствование существующих.

С.В. ЯКОВЛЕВ, академик РАН, РААСН;

Е.В. СОКОЛОВА, канд. техн. наук;

О,С. ТРОЯН, канд. биол. наук;

В.И. ГАМОВ, канд. техн. наук (ФГ/П НИИ ВОДГЕО