В статье автор предлагает совершенствованный метод биологической очистки сточных вод, модернизацию технологического процесса биологической очистки в условиях производственной площадки на очистных сооружениях.
Ключевые слова: биологическая очистка, активный ил, аэротенк, зона денитрификации, аэрационная система.
Объектом исследования выступили биологические очистные сооружения ПАО «Тольяттиазот». Технология очистки на данных очистных сооружениях морально устарела, конструкции сооружений имеют высокую степень износа, что не позволяет достичь требуемого качества очистки сточных вод. Установленные нарушения обусловлены вспуханием ила и низкой скоростью осаждения из-за недостаточной аэрации в аэротенках, а также не предусмотрены различные кислородные режимы для полного процесса биологической очистки.
Биологический метод очистки сточных вод, представленный в технологическом регламенте, условно можно представить в виде схемы, изображённой на рис. 1.
Рис. 1. Схема биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях ПАО «Тольяттиазот»
1 — поступление сточных вод; 2 — подача активного ила; 3 — процесс глубокой нитрификации в аэротенке; 4 — подача технического воздуха во все коридоры аэротенка; 5 — разделение иловой смеси во вторичных отстойниках
Данный способ обеспечивает глубокую нитрификацию и не предусматривает зону денитрификации — процесса удаления нитратов в анаэробных условиях.
Существующая схема подачи воздуха и расположения аэрационных элементов в аэротенке представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема расположения аэрационных элементов и подачи воздуха в аэротенках на очистных сооружениях ПАО «Тольяттиазот»
В аэротенках в качестве аэрирующих элементов используются пластиковые трубчатые аэраторы, смонтированные вдоль стен коридоров. Такие аэраторы относятся к типу незащищенных. При засорении пор происходит неравномерная аэрация иловой смеси в аэротенках, образование зон залегания активного ила. Турбулентные вертикальные циркулирующие потоки, создающиеся при такой системе подачи воздуха в аэротенке, не обеспечивают достаточное время контакта воздуха с иловой смесью [1].
Необходимо использование технологии биологической очистки, включающей: окисление органических соединений и многоступенчатые процессы нитрификации-денитрификации в аэротенках под воздействием бактериальных культур с использованием оборудования, позволяющим рационально использовать электроэнергию и подаваемый воздух в аэротенк.
Схема биологической очистки с предложенными изменениями представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема биологической очистки сточных вод с изменениями
В условиях отсутствия изоляции аэробных и анаэробных зон существует высокая вероятность развития и накопления нитчатых бактерий в активном иле, что может привести к вспуханию ила. Положительных результатов по удалению азотных соединений легче достичь при относительной изоляции зон нитрификации и денитрификации, когда условия для этих зон обеспечиваются в разных коридорах аэротенка-вытеснителя [2].
Предлагается следующая организация аэробных и аноксидных зон. Первый и третий коридор аэротенка выделяются для анаэробной зоны, где предложена замена трубчатых аэрационных систем на тарельчатые аэраторы, обеспечивающие среднепузырчатое диспергирование воздуха в жидкости от воздухонагнетателей воздуходувной станции цеха. Принимая во внимание неудовлетворительное состояние участка механической очистки, предлагается использование диффузоров Vibrair компании Alfa Laval, предназначенные для работы в трудных условиях. Диффузор Vibrair, представленный на рис. 4, состоит из полиэтиленового корпуса, к которому прикреплён вибрирующий клапан. Постоянные колебания клапана препятствуют забиванию диффузора. Это оригинальное устройство не требует большого расхода воздуха и благоприятствует высокой эффективности насыщения кислородом и перемешивания иловой смеси. Долговечность таких аэраторов составляет более 10 лет.
Рис. 4. Фото диффузоров Vibrair
В сточных водах, прошедших первую аэробную зону, снижается содержание органических веществ, характеризуемых показателями ХПК, БПК, содержание аммонийного азота, и фосфора, а содержание нитритов и в особенности нитратов увеличивается.
Для аноксидной зоны выделяется второй коридор, в котором трубчатые аэраторы заменяются на погружные лопастные мешалки AMG производства компании Grundfos A/S, Дания, при помощи которых осуществляется перемешивание в коридорах-денитрификаторах. Мешалки AMG относятся к типу мешалок со средней частотой вращения и планетарным редуктором, обеспечивающие перемешивание жидкостей с низкой или со средней вязкостью, таким образом, получая однородную смесь или суспензию. Идеально подходят для перемешивания иловой смеси в зоне денитрификации. Конструкция погружной лопастной мешалки AMG представлена на рис. 5. Рекомендуется распределять всю требуемую производительность между двумя и более мешалками, что позволит обеспечить более равномерное смешивание. В нашем случае во втором коридоре аэротенка, который имеет длину 90 м, целесообразно установить не менее 10 мешалок [4].
Рис. 5. Фото погружных лопастных мешалок AMG
Таким образом, пройдя аноксидную зону, концентрация нитритов и нитратов в сточных водах снижается.
В третьем коридоре — пост-нитрификатор — обеспечивается аэробная зона/зона отдувки.
Исследования показали, что условия удовлетворительного протекания процессов нитрификации-денитрификации, такие как температура и рH сточных вод, на очистных сооружениях ПАО «Тольяттиазот» полностью выдерживаются. Так как все стоки с промышленных площадок завода поступают на узел контроля и подготовки сточных вод, где происходит их перемешивание и усреднение, в приёмную камере БОС поступают сточные воды с рH в пределах от 7 до 8,5. Среднегодовая температура сточных вод составляет 26°С.
При внедрении технологии глубокого удаления азота на действующих очистных сооружениях методом нитрификации-денитрификации особое внимание надо уделить факторам, обеспечивающим удовлетворительную денитрификацию. Процесс нитрификации может потребовать большого количества органических соединения для подпитки бактерий, что может вызвать их дефицит в зоне денитрификации. В связи с этим для эффективного проведения процесса денитрификации возникает технологическая необходимость подпитки активного ила легкоокисляемыми веществами [3].
Из-за большой протяжённости ветвей аэрации сложно регулировать подачу воздуха. Для удобства эксплуатации и распределения воздуха в первом и третьем коридорах аэротенка предлагается смонтировать на магистральных воздуховодах дополнительные трубопроводы по воздуху с отсекающей арматурой.
Схема расположения предлагаемых аэрационных элементов и изменённая подача воздуха в аэротенках представлена на рис. 6.
Рис. 6. Схема расположения новой аэрационной системы
Следует рекомендовать замену существующих воздуходувных машин на управляемые воздуходувки в соответствии с принципами воздействия, что приведёт к повышению энергоэффективности очистных сооружений водоотведения и поддержания необходимого кислородного режима в аэротенках. Данные воздуходувки позволяют регулировать подачу воздуха в зависимости от суточных и сезонных колебаний технологических нагрузок (по расходам и концентрациям) и температуры. Корректировка подачи воздуха позволяет изменять интенсивность аэрации в соответствии с потребностью и достичь энергосберегающего эффекта в размере до 35 %.Рекомендуется также строительство нового вторичного радиального отстойника, что позволит уменьшить вынос взвешенных веществ и активного ила при увеличении нагрузки на секции аэротенков (например, во время паводков, дождей, вывода в ремонт 5–8 секции аэротенков).
Замена аэрационной системы обеспечит улучшение седиментационных свойств активного ила, что исключает возможность образования участков залежей и гниения ила. Таким образом, устраняется вынос взвешенных веществ с очищенными сточными водами после вторичного отстойника, обусловленный образованием гиблого ила. Предусмотренная дополнительная зона денитрификации обеспечит на выходе с участка биологической очистки сточных вод значительного снижения нитратов. В результате на выходе с БОС мы получаем очищенные сточные воды, соответствующие требованиям нормативной документации.
Литература:
- Данилович, Д. А. Опыт совершенствования и оценки эффективности аэроционных систем // Водоснабжение и санитарная техника — 2015. — № 1. — с. 38–50.
- Жмур, Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. — М.: АКВАРОС, 2003. — 512 с.
- Технологический регламент «Цех нейтрализации и очистки сточных вод»: ОАО «Тольяттиазот». — 2008–108с.
- Treatability Studies of Dairy Wastewater by Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor // Civil and Environmental Research. — 2012. — Vol. 2, No 2. — Р. 43–48.
