№10-1|2010

ОБРАБОТКА ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

bbk 000000

УДК 628.35:661.5

Николаев Ю. А., Казакова Е. А., Харькина О. В., Дорофеев А. Г.

Удаление азота из возвратных потоков сооружений обработки осадка путем нитри-денитрификации без дополнительного источника углерода

Аннотация

Представлены результаты исследований процесса одновременной нитри-денитрификации через нитрит для удаления аммония из фильтрата ленточных сгустителей сброженного осадка Курьяновских очистных сооружений. Внедрение разработанной технологии биологической очистки сточных вод, содержащих аммонийный азот высокой концентрации и обедненных легкоокисляемыми органическими соединениями, без дополнительного источника органического углерода позволило получить высокую эффективность удаления азота, взвешенных веществ, ХПК, БПК5. Из активного ила лабораторного реактора выделены микроорганизмы, способные к проведению денитрификации с использованием труднодоступных органических веществ, что определяет свойства активного ила.

Ключевые слова

, , , , ,

 

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

На крупных очистных сооружениях при проведении процесса стабилизации осадков сточных вод используется метановое сбраживание. При этом на стадию биологической очистки поступает дополнительное количество азота с возвратными потоками от сооружений обработки осадка. Общее содержание аммонийного азота, поступающего с возвратными потоками, составляет 15–20% от количества, поступающего с городской сточной водой. На Курьяновских и Люберецких очистных сооружениях г. Москвы сливная вода с уплотнителей сброженного осадка имеет более низкое соотношение БПК5/N (0,7–1,7 против 6,7–7,8) и более высокую концентрацию аммонийного азота (220–350 мг/л против 21–30 мг/л), чем в поступающей из города сточной воде.

Для биологического удаления азота из сточных вод в настоящее время широко применяется технология нитри-денитрификации. Однако для процесса восстановления нитратов до газообразного азота требуется достаточное количество доступного органического вещества (отношение БПК5/N должно быть не менее 3,5). При нехватке органического вещества эффективность процесса денитрификации низка, а специальное добавление дополнительного источника углерода увеличивает себестоимость очистки сточной воды.

Удаление соединений азота из возвратных потоков сооружений обработки осадка сопряжено с некоторыми трудностями, связанными с недостатком органического субстрата для протекания процесса денитрификации. Удаление органических соединений из таких вод также затруднено, поскольку они представлены в основном трудноокисляемой фракцией.

Целью данной работы являлась разработка технологии очистки сливных вод с сооружений обработки осадков методом нитри-денитрификации без дополнительного источника углерода.

Для решения указанной проблемы предлагается метод симультанной нитри-денитрификации через нитрит, при котором аммонийный азот окисляется до нитритов, а не до нитратов, как в типовых решениях. На восстановление в ходе денитрификации 1 мг нитрита требуется в 1,7 раза меньше органического вещества, чем на восстановление 1 мг нитрата. Проведенные расчеты показали возможность организации процесса нитри-денитрификации на сливной воде сооружений обработки осадка без внешнего источника органических соединений.

Методы

Для проведения исследований процесса одновременной нитри-денитрификации через нитрит фильтрата ленточных сгустителей сброженного осадка (его состав приведен в табл. 1) Курьяновских очистных сооружений был разработан и смонтирован лабораторный реактор периодического действия объемом 15 л (рис. 1).

10_11_tabl_01

10_11_ris_01

В реактор одновременной нитри-денитрификации подается фильтрат ленточных сгустителей сброженного осадка. Реактор инокулирован активным илом аэротенков старого блока Курьяновских очистных сооружений.

Реактор одновременной нитри-денитрификации периодического действия снабжен трубчатой пустотелой мешалкой (96 об/мин), аэратором и нагревателем. Управление уровнем жидкости осуществляется электронным сигнализатором уровня. За один цикл производится замена 1/3 объема реактора – 5 л. Вода поступает из бочки с мешалкой. Для подачи сточной воды используется регулируемый центробежный аквариумный
насос, для аэрации – воздушный компрессор производительностью до 6 л/мин. Концентрация кислорода определяется кислородными датчиками АКПМ-1 с точностью 0,01 мг/л, сопряженными с аналоговым преобразователем ТРМ 138-P, задающим режим работы компрессора для поддержания необходимого уровня кислорода. Сигналы от датчиков поступают на входы программируемого таймера LOGO.

Для обслуживания реактора одновременной нитри-денитрификации периодического действия использованы промышленный контроллер ТРМ-128 и программируемый таймер LOGO, в который введены две программы, обеспечивающие автоматизацию процесса:

  • управление релейными выходами, которые включают центробежные насосы на закачку и откачку фильтрата по времени и уровню заполнения реактора;
  • управление мешалкой и автоматическим водонагревателем (с помощью таймера), а также компрессором в реакторе.

Аэрация и нагрев иловой смеси в реакторе зависит от входных сигналов кислородного датчика и датчика температуры, которые связаны с содержанием кислорода и температурой иловой смеси. Температура в реакторе поддерживается на уровне 30 С, рН около 8 (периодическим добавлением раствора карбоната натрия), гидравлическое время пребывания – 9 часов.

Для проведения процесса денитрификации через нитрит на фильтрате ленточных сгустителей необходимо было сформировать специфический активный ил, способный к гидролизу трудноокислямых органических соединений до легкоокислямых. Процесс формирования подобного активного ила состоит из двух периодов:

  • формирование микрофлоры, обеспечивающей протекание процесса частичной нитрификации аммония до нитрита;
  • селекция и накопление микроорганизмов, способных к гидролизу трудноокисляемых органических веществ до легкоокислямых соединений.

Для идентификации бактерий использовались стандартные микробиологические методы и методы геносистематики.

Результаты и обсуждение

В первом периоде формирования специфического активного ила главной целью являлось формирование сообщества бактерий-нитрификаторов первой ступени (окисляющих аммоний до нитрита) при практически полном отсутствии активности бактерий второй ступени (окисляющих нитрит до нитрата). Основные факторы преимущественного развития нитрификаторов первой группы: низкая концентрация кислорода – 0,2 мг/л, повышенная температура – 28–30 С, рН 8 [1; 2]. В этот период наблюдалось стабильное накопление нитритов в фильтрате после обработки в реакторе. Соответствующие данные представлены в табл. 2.

10_11_tabl_02

На первом этапе исследований концентрация аммонийного азота в поступающем и очищенном фильтрате в среднем составляла 270 и 115 мг/л, взвешенных веществ – 45 и 15 мг/л, ХПК – 165 и 60 мг/л, БПК5 – 35 и 15 мг/л соответственно. Средняя концентрация нитритного азота в фильтрате на выходе из реактора – 150 мг/л, нитратного азота – до 2 мг/л. Таким образом, эффективность удаления взвешенных веществ на первом этапе исследований составила 60–70%, ХПК – 55–70%, БПК5 – 50–65%. Азот в течение этого периода не удалялся.

10_11_tabl_03

На втором этапе исследований при формировании специфического активного ила целью было культивирование микроорганизмов, способных к гидролизу трудноокисляемых органических соединений до легкоокислямых. При этом для развития бактерий-денитрификаторов и бактерий-деструкторов труднодоступной органики необходимы периоды с низкой концентрацией кислорода, а для поддержания популяции нитрификаторов – периоды с достаточной аэрацией. Для этого был изменен кислородный режим: в течение 30–35 суток концентрация кислорода составляла 0,1 мг/л, в течение следующих 30–35 суток – 0,7 мг/л. Было проведено три цикла с подобным чередованием режимов, продолжительность работы реактора во втором периоде составила 178 суток. Данные по одновременной нитри-денитрификации реактора во второй период представлены в табл. 3.

Во втором периоде исследований средняя концентрация аммонийного азота в неочищенном фильтрате составляла 250 мг/л, в очищенном фильтрате – менялась в пределах 3–250 мг/л в зависимости от содержания кислорода. При концентрации растворенного кислорода 0,7 мг/л в обработанном фильтрате концентрация N–NH4 составляла 0,1–6 мг/л, нитритного и нитратного азота – 0,5–5 и 0,4–6 мг/л соответственно. При концентрации растворенного кислорода 0,1 мг/л в обработанном фильтрате содержание N–NH4 составляло 200–250 мг/л, нитритного и нитратного азота – 5–50 и 15–60 мг/л соответственно. Эффективность удаления взвешенных веществ во втором периоде формирования специфического активного ила составила 65–80%, ХПК – 30–45%, БПК5 – 65–80%.

Полученный в лабораторном реакторе активный ил был исследован на наличие микроорганизмов, способных к гидролизу трудноокисляемых органических соединений до легкоокисляемых. В активном иле доминировали бактерии, относящиеся к роду Streptomyces, Mycobacterium, Dietzia, Rhodococcus, Nocardiopsis. Для этих бактерий характерна способность к гидролизу органических соединений, труднодоступных для обычных бактерий активного ила, а также способность к денитрификации. Таким образом, наличие в биомассе ила лабораторного реактора выделенных микроорганизмов объясняет возможность протекания процесса денитрификации с использованием труднодоступных органических веществ.

10_11_tabl_04

После формирования специфического активного ила были подобраны оптимальные условия проведения процесса одновременной нитри-денитрификации через нитрит на фильтрате ленточных сгустителей Курьяновских очистных сооружений. Концентрация растворенного кислорода была установлена на уровне 0,3–0,4 мг/л, возраст ила был постепенно увеличен до 32 суток, его доза увеличена с 2,3 до 6,8 мг/л, нагрузка по азоту составила 0,55 кг/(м3∙сут). Характеристика одновременной нитри-денитрификации на этапе стабильной работы реактора по целевому процессу удаления азота и качество поступающего и очищенного фильтрата ленточных сгустителей представлены в табл. 4 и на рис. 2. Эффективность удаления азота составила 65–75%, взвешенных веществ – 75–90%, ХПК – 25–50%, БПК5 – 70–80%.

10_11_ris_02

В результате проведенных исследований разработана и экспериментально апробирована технология симультанной нитри-денитрификации через нитрит, позволяющая удалять до 75% азота из фильтрата ленточных сгустителей Курьяновских очистных сооружений. Доказана возможность эффективной реализации процесса одновременной нитри-денитрификации возвратных потоков сооружений обработки осадка сточных вод без добавления внешнего источника органического углерода.

Выводы

  1. Разработана технология биологической очистки от азота сточных вод, содержащих аммонийный азот высокой концентрации и обедненных легкоокисляемыми органическими соединениями (сливные воды сооружений обработки сброженного осадка), основанная на процессе одновременной нитри-денитирификации без добавления внешнего источника органического углерода.
  2. Определены оптимальные параметры процесса симультанной нитри-денитрификации: гидравлическое время пребывания 9 часов, температура 30°С, рН 8, концентрация растворенного кислорода 0,3–0,4 мг/л, возраст ила 30–32 суток.
  3. Внедрение разработанной технологии для очистки фильтрата ленточных сгустителей сброженного осадка позволило получить эффективность биохимических процессов удаления азота до 75%, взвешенных веществ 75–90%, ХПК 25–50%, БПК5 70–80%.

 

Список цитируемой литературы

  1. Алексеев М. И., Николаев Ю. А., Казакова Е. А. Оптимизация технологического режима работы реактора частичной нитрификации в лабораторных условиях: 61-я Междунар. научно-техн. конф. молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов «Актуальные проблемы современного строительства». – СПб, СПбГАСУ, 2008.
  2. Данилович Д. А., Николаев Ю. А., Мойжес О. В. и др. Анаэробное окисление аммония в возвратных потоках от обработки сброженного осадка (Анаммокс): Междунар. конгресс «ЭКВАТЭК–2008». – М., 2008.

Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения

ecw18 vst 200

Конференция итог

VAK2

raww 2017

Aquatherm 2018 100x100

100х100 stroi ural

Трубопроводная арматура АБРАДОКС, АБРА, ABRADOX, ABRA

Авторизация

Внимание! Рекомендуется просматривать сайт максимально свежими версиями браузеров. Некоторые устаревшие версии (IE 8) не смогут корректно скачать материалы номеров журнала.