УДК 628.2

О модернизации биологических очистных сооружений

О.Н.Новиков

РЕФЕРАТ

В статье рассматриваются вопросы совершенствования очистки сточных вод на коммунальных очистных сооружениях биологического типа путем установки навесного оборудования и дополнения системами предочистки и доочистки.

Ключевые слова:  очистные сооружения, КОС, биохимическое  окисление, биологическая очистка, доочистка,  сорбент, коагулянт, флокулянт, катализатор, электрод, очистка стоков 

Городские очистные сооружения (КОС), работающие по принципу биохимического окисления, являются главным элементом городской инфраструктуры.  Именно на них приходится основная нагрузка по переработке городских стоков. В нашу организацию часто приходят запросы по модернизации и реконструкции коммунальных очистных сооружений. У практиков, имеющих дело с коммунальными очистными сооружениями, часто не хватает информации о конкретных мерах по оптимизации функционирования биохимического окисления  в условиях реального стока.

Цель представленной публикации - дать необходимый и достаточный список мер, с помощью которых сооружения биологической очистки, разработанные в середине прошлого века, можно было бы модернизировать в соответствии с современными требованиями к качеству очищенной воды.

Проанализировав более десятка объектов, мы пришли к выводу, что проблемы и узкие места повторяются на разных объектах. В частности, одна из острейших задач - очистка от аммонийного азота по нормы ПДК, которая не решена в большинстве коммунальных очистных сооружений. На наш взгляд, тиражирование типовых проектных решений в области биологической очистки привела к обострению именно этой проблемы. Аммонийный азот, поступающий в составе сточных вод, присутствует в концентрациях, многократно превышающих потребность активного ила.

В этих условиях избыток аммонийного азота превращается в нитриты и нитраты, который значительно токсичнее и опаснее, чем аммонийный азот. При биохимической очистке после аэротэнков вода имеет содержание биогенно совместимых с активным илом органических примесей не более 100 мг/л. В этом концентрационном диапазоне рост активного ила в метантенках и денитрификаторах резко ограничен, а значит  денитрификация идет с очень низкой эффективностью. Можно конечно использовать микроводоросли (о чем сообщается в многочисленных публикациях) , но они потребляют азот только когда идет их рост, на свету, днём. Ночью микроводоросли работают значительно слабее. Кроме того автотрофные организмы в принципе медленнее накапливают биомассу. Биомасса увеличивается вдвое только через несколько суток, минимум трое. Соответственно требуются большие площади и объемы, больше самих очистных сооружений биологической очистки.

Мы полагаем, что указанное противоречие может быть разрешено только в том случае, если из сточной воды удалить излишнее количество аммонийного азота, в идеале его должно быть достаточно для биосинтеза биомассы активного ила, что собственно легко просчитывается. Излишек аммонийного азота можно удалить отдувкой. Этот процесс, как оказалось, наиболее эффективно идет при рН=8-9. Эффективность его может приближаться к 90-98 % (при использовании разработанных нами технических решений ).  Аммиак может быть эффективно удален сорбцией и утилизирован на 100% без загрязнения окружающей среды, атмосферы (длительное воздействие даже небольших концентраций аммиака приводит к заболеваемости населения легочными болезнями надо чистить). По заявке мы рассчитаем процессинг, спроектируем, поставим, смонтируем и наладим оборудование. Для достижения заданной кислотности имеются специальные станции поддержания кислотности. Удалив аммиак перед аэротенком, отпадает необходимость в метантэнке. С нитритами также очень острая ситуация и простых мер по их удалению нет. Мы подработали проектное решение, которое в принципе устраняет эту проблему.

Практически на всех предприятиях применяют хлор для обеззараживания и обезцвечивания воды. Хлораторные - постоянный источник техногенного загрязнения, опасные промышленные объекты, хлор дорог и малодоступен, работа с ним опасна для персонала а транспорт его осуществляется только спецавтотранспортом. Тот же дезинфицирующий, дезодорирующий и обезцвечивающий эффект имеет анолит -  раствор хлористых солей после электролиза. Этот агент дешев, доступен, не токсичен и не опасен. При соблюдении определенных регламентов, он саморазрушается в окружающей среде. Электролизеры, выпускаемые нашим предприятием и модули для приготовления растворов позволяют устанавливать такие системы как на существующих предприятиях, так и на вновь строящихся очистных сооружениях. Поставка осуществляется в течении 90 рабочих дней. В отличие от аналогов в наших модулях гипохлорит получается в 3-5 раз более концентрированный. Дополнительно производством освоены электролизеры прямого действия, обеспечивающие дезинфекцию в автоматическом режиме, безреагентно, в полностью управляемом режиме. Электролизеры прямого действия недороги, доступны. Поставляем под заказанные параметры, включая производительность по воде, содержанию хлоридов. Например на сток в 1000 куб.м всего 260 тыс. рублей, тогда как хлораторая стоит 2,3 млн. рублей.

Биологическое окисление, так же, как и любая химическая реакция имеет определенные ограничения. В частности, с уменьшением концентрации загрязнителей скорость процесса уменьшается. Поэтому биохимическое окисление всегда нуждается в дополнительной сорбционной или ионообменной доочистке. После биохимического окисления остаются анионы, катионы и неполярные соединения. Применяя три специализированных сорбента, можно обеспечить достаточно высокую степень очистки, предотвратив сброс недостаточно очищенных сточных вод в водоем. Подобрать сами сорбенты не сложно по каталогам поставщиков, но решить вопрос с утилизацией растворов после регенерации сорбентов гораздо сложнее и мы такие задачи решаем с применением нашего оборудования .Эффективные методы регенерации сорбентов, особые режимы их эксплуатации, разработанные для сорбентов  и ионитов, и восстановление свойств рабочего раствора для регенерации сделали возможным замкнуть цикл, обеспечить безотходность и отсутствие вторичного загрязнения.

Для примера приводим данные для биологических очистных сооружений промстоков с объемом сброса  17,269 тыс. м³/год (47,3 м³/сут.), состоящих из стандартных компонентов: решеток, песколовки, усреднительной емкости, аэротэнков, метантэнков, песчаного фильтра и резервуара для очищенной воды. 

Как оказалось, в течение 2005 года  кислотность среды меняется в диапазоне от 6,4 до 6,9. Этот же диапазон характерен для 2004 г. Вода имеет нейтральную реакцию. Сточные воды по этому показателю вполне соответствуют критериям, характерным для биологической очистки, но недостаточно щелочные для удаления аммонийного азота. Удаление азота может идти исключительно вследствие биохимического окисления и ассимиляции его в белки активного ила.

Содержание аммонийного азота в стоках подвержено сильным колебаниям и находится в диапазоне от 25 до 70 мг/л. Это достаточно высокая величина, далеко превышающая потребность активного ила в азотистых удобрениях. Хотя сточные воды по этому показателю вполне соответствуют критериям, характерным для биологической очистки, можно предполагать, что избыток аммонийного азота при достаточном количестве кислорода превратиться в аэротенке в нитриты и нитраты. В ходе биологической очистки вода несколько подщелачивается до 7-7,9. Это изменение кислотности связано с распадом белков до аммиака. Начинается процесс отдувки аммиака, но стоки уже выходят из аэротенка и метантэнка и не успевают обработаться.  Избыточное присутствие аммонийного азота и недостаток органики в метантэнке не дает возможность провести денитрификацию вод после аэротенков.

Именно этим комплексом факторов обусловлены столь значительные колебания в эффективности очистки стоков от аммония. Причиной колебаний может быть и температура воды. В этом случае летом очистка была бы более эффективна. Это не так. Основная причина - кислотность среды. Азот частично удаляется при отдувке воздухом в аэротэнке. Чем больше рН среды, тем эффективнее очистка от аммонийного азота.

Учитывая это обстоятельство, мы рекомендуем перед подачей в аэротенк, в аэрируемой емкости - усреднителе регулировать рН подачей около рН =8,00. При отдувке рН будет уменьшатся, избыток аммонийного азота будет удален, эффективность очистных сооружений и стабильность эффекта очистки увеличится. Несколько улучшится работа и метантенков. Применение навесного блока Альфа обеспечивает содержание аммония в точной эквивалентности его биохимической потребности для роста активного ила. Наша автоматика основана на применении недорогих стандартных элементов, с высокой надежностью и эффективностью.

Главный показатель работы очистных сооружений - эффективность удаления БПК, этот показатель находится в диапазоне от 60 до 70 %. Очистка от ХПК находится в том же диапазоне. Наличие нитритов и нитратов на выходе показывает, что биологическое окисление достигло предельного показателя, подача воздуха или увеличение дозировки активного ила не приведет к росту эффективности. Нужна наша технология и оборудование.

В то же время концентрация органических примесей, нитритов и нитратов на выходе из сооружений биохимической очистки соответствует диапазону сорбционного метода очистки стоков, точнее электрохемосорбционого. Удалить органику можно на фильтрах напорного либо безнапорного типа, снабженных системой регенерации элюирующего раствора и модулем Альфа-9ВС. Модуль регенерации должен обеспечить циркуляцию элюирующего раствора. Для исключения попадания аммонийного азота и тяжелых металлов необходима еще одна ступень очистки с катионитными фильтрами.

Замена песчаного фильтра на  специализированную фильтрующую загрузку Д М О или Сорбент СМ позволяет  довести показатель очистки стоков от взвешенных веществ до норматива, очистить  воду от нефтепродуктов, СПАВ. Практика эксплуатации различных типов ОС подтверждает, что наиболее эффективны меру по сочетанию биологической очистки с системами физико-химической очистки, например в комплексах Альфа. Сами такие комплексы вполне заменяют биологическую очистку в условиях низких температур, перепадов в производительности и в случае смешанных коммунальных и производственных стоков.

Дезинфекцию хлором заменяем дезинфекцией и доокислением анолитом, который получают электролизом раствора соли в электрореакторах Альфа. Кроме дезинфекции раствор окисляет растворенные нефтепродукты.  Выбросы хлора исключаются как в рабочую зону, так и в воздух и в водоемы.  По всем вопросам очистки стоков можно обратиться к автору публикации.

Учитывая вышеизложенное, при модернизации очистных сооружений биохимической очистки предлагаем дополнить их физико-химической доочисткой.  Мы предлагаем полный спектр услуг от проектирования до эксплуатации очистных сооружений.

Материалы, опубликованные на сайте защищены согласно закону об авторских правах Закон РФ от 9 июля 1993 г. N 5351-I "Об авторском праве и смежных правах" (с изменениями от 19 июля 1995 г., 20 июля 2004 г.) и не могут быть использованы без разрешения автора. 

Ключевые слова:  очистные сооружения, КОС, биохимическое  окисление, биологическая очистка, доочистка, сорбент, коагулянт, флокулянт, катализатор, электрод, очистка стоков