Очистка сточных вод свиноводческих комплексов
Проведен комплекс экспериментальнотехнологических и микробиологических исследований;полу чены предложения по модернизации технологической схемы интенсификации процессов очистки сточ ных вод от фосфатов.
Ключевые слова: сточные воды, биологическая очистка, дефосфатация, биоценоз, активный ил
Технологический принцип уда ления фосфора из сточных вод на сооружениях аэробной очистки биологическим методом в на стоящее время весьма актуален. По стоянно разрабатываются рекоменда ции по уточнению конструктивных и тех нологических решений схемы очистных сооружений и улучшению параметров очистки сточных вод от фосфора
Цель исследования состоит в разработке рекомендаций по сниже нию концентраций фосфатов на вы ходе из сооружений биологической очистки сточных вод.
Биологическое удаление фосфо ра из сточных вод связано с двумя явлениями:
– классическое удаление фосфо ра бактериальной ассимиляцией (1–2% Р) летучих взвешенных ве ществ (ЛВВ MVS);
– биологическая дефосфатация, основанная на накоплении фосфора биомассой сверх метаболической необходимости роста.
В настоящее время второй путь биологического удаления фосфора ассимиляцией является более благо приятным, так как классический путь не позволяет добиться требуемой степени очистки. Принцип биологи ческого сверхнакопления основан на массопереносе фосфора из жид кой фазы (исходный сток) к твердой фазе (бактерии активного ила), кото рое осуществляется фосфоропогло щающими микроорганизмами. Уда ление фосфора производится путем удаления избыточного активного ила на этапе механической очистки
Механизм сверхаккумуляции требу ет создания схемы обработки, характе ризующейся последовательным распо ложением анаэробных и аэробных зон.
В анаэробных условиях отсут ствие акцептора электрона, такого как кислород, нитрит или нитрат, вы зывает стресс бактерий. Находясь в стрессе и для того, чтобы поддержать основные механизмы, такие как пре восходство в конкурентной борьбе полуляций, некоторые гетеротроф ные бактерии, называемые дефос фатирующими, внутриклеточно за пасают РНА начиная с летучих жир ных кислот, в частности метаболиты ферментации анаэробных бактерий, типом молекул которых является ук сусная кислота [СН3СООН]. Парал лельно они разлагают внутриклеточ ные запасы полифосфатов и высво бождают ортофосфаты
В аэробной фазе в благоприятных условиях те же бактерии обеспечивают ся запасом субстрата, позволяющим им избежать конкурентной борьбы с други ми аэробными бактериями, которые бо рются за оставшийся углеродный суб страт. Они используют, таким образом, свои углеродные запасы и запасают по лифосфаты. После этого периода бактерии имеют тенденцию к увеличению ре зервов энергии, что позволяет им пере жить новый неблагоприятный период
Биологическая часть явления объясняется накоплением в аэроб ной фазе внутриклеточных полифос фатов, развитие которых благоприят но в чередовании аэробных и анаэ робных фаз. Пополнение постоянной убыли будет происходить химическим осаждением внеклеточного фосфора в анаэробной фазе, тогда как выде ление неорганического фосфора (яв ление интенсивности зависит от со держания кальция и магния в обра батываемом стоке). Данное удаление может происходить и без добавления химических реактивов, что очень ин тересно с точки зрения экономики и защиты окружающей среды.
В случае стока животноводческих комплексов с высокими концентрация ми фосфора и аммония может быть при менена биологическая дефосфатация
При выполнении работы ставятся следующие задачи:
• Определение характерных осо бенностей процессов удаления фос форсодержащих соединений при комбинированном биологическом удалении органических загрязнений из производственных сточных вод.
• Проведение экспериментально расчетных испытаний действующих го родских очистных сооружений и соору жений АПК по удалению фосфатов до установленных ПДК и выдача реко мендации по их совершенствованию.
• Идентификация микроорганиз мов, культивирующих фосфорсодержа щие субстраты в процессе биологиче ского потребления микроорганизмов.
• Разработка технологических моде лей процессов удаления фосфорсодер жащих соединений из сточных вод АПК.
Объекты исследований
Исследования проводились в се рии аэрационных бассейнов различ ного объема – от лабораторных до полупромышленных, установленных на сооружениях биологической очистки. При испытаниях использо вались бассейны различных геоме трических форм и конфигураций, ос новными изменяющимися геометри ческими параметрами были:
– высота воды в бассейне;
– уровень воды выше системы аэрации;
– геометрические формы бассей на (для вывода экстраполяционных зависимостей).
Методики проведения экспериментальных исследований
Перенос кислорода в бассейнах характеризовался коэффициентом переноса кислорода Kla, при этом определялась корреляционная зави симость этого фактора от геометриче ских параметров бассейна и расхода воздуха, подаваемого на аэрацию.
Ввиду того что температура воды в процессе испытаний аэрационных бас сейенов была различной, то получен ные результаты Kla приводились к тем пературе 20°С, используя уравнение:
Для определения концентрации растворенного кислорода использо вались два зонда: один располагался на глубине 10–15 см от поверхности, другой, на половине глубины, Н/2.
Расход подаваемого воздуха определяли с помощью предвари тельно оттарированных ротаметров. Измерение потери напора на уровне диффузора позволило уточнить ре альный расход подаваемого воздуха:
где: р – потеря напора в мм ртутно го столба.
Полученная информация с целью определения ее надежности подверга лась проверке по ряду критериев: возможности объединения нескольких вы борок, однородности полученных дан ных и исключения их выбросов, опре деления полей допуска с заданной ве роятностью риска (ошибки) не менее 95%. Результаты экспериментальных работ использовались для анализа только в тех случаях, когда полученные статистические оценки удовлетворяли требованиям несмещенности, эффек тивности и состоятельности.
Экспериментальные исследования процессов аэробной биологической очистки
Разнообразие возможных анаэ робных, аноксидных и аэробных зон дает значительное количество техно логических конфигураций.
Минимальное условие для обра ботки сточных вод, позволяющее осу ществить биологическую дефосфата цию, – это наличие анаэробной зоны в начальной части биологической очист ки с последующим чередованием ана эробно/аэробных условий. Второе условие, которое позволяет оптимизи ровать эффективность биологической дефосфатации, состоит в том, чтобы снизить поступление нитратов и кисло рода в аноксидную зону. Третьим усло вием изменения процессов биологи ческой дефосфатации является тесная связь с удалением в режиме нитрифи кация–денитрификация.
Схемы конфигураций процессов представлены на рисунках (рис. 1–6). Используются сооружения удлинен ной формы для того, чтобы позволить лучшее течение потока поршневого типа. Показано, что предпочтение имеют во избежание поступления простых органических субстратов в последующие аноксидную и аэробную зоны анаэробные зоны, состоящие из двух бассейнов [1, 2, 4, 6]
Процессы аэробной биологической очистки пребывания находится в пределах 8–12 часов, при анаэробном усло вии в основном достаточное, чтобы получать хорошее высаливание фос фатов, приводящее к образованию и осаждению осадка в отстойнике. Для облегчения высаливания фосфатов, содержащихся в биомассе анаэроб ной зоны, может быть добавлен ис точник органического вещества, на пример, стоки после первичного и вторичного отстойников.
Процесс (рис. 1, 2) отличается от всех других процессов биологиче ской дефосфатации тем, что он тре бует добавления химических продук тов для осаждения фосфора, и тем, что анаэробная зона расположена в цепи обработки активного ила.
Переключение последовательно сти зон «аноксидная/аэробная» в «аэробная/аноксидная» для исполь зования эндогенного дыхания в ре акторе после денитрификации пред ставлено на рисунке 3.
Исключение нитратов первой аноксидной зоны позволяло заметно увеличить эффективность удаления фосфора. Включение анаэробной зо ны в начале процесса дало изменение процессам (рис. 4, 5), так как в этом случае мы имеем более низкий ре докспотенциал, указывающий на от сутствие кислорода и нитратов, что мо гло быть получено в анаэробной зоне
Для защиты анаэробной зоны от рециркулированных нитратов, нахо дящихся в активном иле, простое измерение состоит в степени дени трификации возвратного активного ила, поступающего из вторичного отстойника. Этот принцип осущест влен на процессе (рис 6). В случае когда денитрификация слишком медленная в отсутствие органиче ских веществ, добавление части по тока позволило бы избежать любой рециркуляции нитратов в анаэроб ной зоне. Различие между денитри фикацией активного ила вторичных отстойников показывает, что рецир кулируется весь активный ил вместо рециркуляции 20–30%. Время ги дравлического пребывания должно быть выше 5–20 часов [2, 5, 6].
Модификация сооружений биоло гической очистки сточных вод актив ным илом для биологической дефос фатации при реализации биологиче ской дефосфатации, требует приме нение указанных выше понятий.
В этом случае требуемые минималь ные условия состоят в создании потока идеального вытеснения и предотвраще ния любой аэрации в реакторах, распо ложенных в верхних частях схемы.
Показатели основных параметров очистки, полученных при использова нии технологических принципов уда ления фосфора из сточных вод биоло гическими методами, и оценка воз можности интенсификации процесса путем оптимизации аэробных, анок сидных и аэробных режимов функцио нирования технологических секциий сооружений биологической очистки представлены в таблице.
Таким образом, механизм свер хаккумуляции фосфора бактериями активного ила сооружений биологи ческой очистки сточных вод, характе ризующийся последовательным расположением анаэробных, аноксид ных и аэробных зон, позволяет осу ществить очистку стоков до показа телей сброса в открытые водоемы рыбохозяйственного назначения.
