CC BY
0СЕКЦИЯ 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
DOI 10.24412/cl-37280-2024-1-6-10
Матюшенко Евгений Николаевич, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный
университет» (Сибстрин), Новосибирск
Урбоков Евгений Александрович, студент ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет» (Сибстрин), Новосибирск
Биологическая очистка бытовых сточных вод малых поселений с использованием новой системы аэрации
Аннотация. Научно-исследовательская работа посвящена изучению вопроса возможного использования суперкавитационной системы аэрации применительно для малых и средних по мощности канализационных очистных сооружений (КОС) на стадии биологической очистки бытовых сточных вод. Была смонтирована экспериментальная установка, работающая в непрерывном режиме с использованием реальной сточной жидкости поступающей от коттеджного поселка. Эксперименты проводились с использованием технологий свободноплавающего и прикрепленного активного ила. В ходе исследований определялись основные показатели исходной и биологически очищенной сточной жидкости. Использование конструкции биореактора с суперкавитационной системой аэрации позволяет достичь высокой степени очистки сточных вод по некоторых показателям и позволяет снижать затраты на электроэнергию по сравнению с пневматической мелкопузырчатой системой аэрации.
Ключевые слова: аэрация, биологическая очистка, сточная вода, суперкавитация, биореактор.
Издательство АНО ДПО «Межрегиональный центр инновационных технологий в образовании» ~6~
Магистерские слушанья
На сегодняшний день в Российской Федерации многие канализационные очистные сооружения (КОС) не отвечают современным требованиям, имея устаревшие технологии очистки или не эксплуатируются должным образом, что не позволяет достичь нормативных требований при сбросе сточных вод в водные объекты, в особенности по биогенным элементам, таким как азот и фосфор. Сброс большого количества биогенных элементов в водоемы провоцирует ускоренный рост сине-зеленых водорослей, вызывая цветение водоемов. Для достижения предельных концентраций необходимо производить реконструкцию КОС, однако это требует больших капитальных, временных и эксплуатационных затрат.
Современные тенденции развития технологий очистки сточных вод заключаются в поиске и внедрении решений, направленных на энерго- и ресурсоэффектив-ность. Основное количество электроэнергии на КОС расходуется на подачу сжатого воздуха в аэротенки для обеспечения растворения в иловой смеси необходимого количества кислорода. Для эффективного расхода электроэнергии объем подачи воздуха должен быть пропорциональным массе загрязнений, поступающих со сточными водами, на окисление которых расходуется кислород [1].
Для интенсификации процессов биологической очистки сточной жидкости, в особенности на КОС малой производительности, могут быть использованы носители прикрепленных микроорганизмов (биозагрузки) [2]. Изменение режима работы сооружений биологической очистки и их переход со свободноплавающего активного ила на прикрепленный ил позволяет добиться при прочих равных условиях более высокого качества очистки сточной жидкости, а также более стабильной работы узла биологической очистки.
Цель настоящей работы заключается в изучении влияния эффективности различных видов бионосителей на качество биологической очистки бытовых сточных вод с использованием новой системы аэрации. Задачи для достижения поставленной цели приведены на слайде, основными из которых являются разработка технологической схемы экспериментальной установки (рисунок 1), поиск оптимальных технологических параметров установки и анализ полученных
данных. Исследуемая тематика является достаточно актуальной, так как технологию с прикрепленным илом все чаще применяют для КОС малой производительности, как в России, так и в Новосибирской области в частности.
На рисунке 1 представлена принципиальная схема экспериментальной установки, используемой при проведении серии экспериментов.
Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 - подача осветленной сточной воды; 2 - бак-усреднитель; 3 - всасывающая линия насоса (4); 4 - насос подачи исходной сточной жидкости; 5 - биореактор; 6 - циркулирующий насос; 7 - ротаметр; 8 - датчик давления; 9 - суперкавитационный аэратор; 10 - турбина-распределитель; 11 - отвод очищенной сточной жидкости
Принцип ее действия состоит в следующем: исходная сточная жидкость из бака-усреднителя непрерывно в течении суток подается на биологическую очистку в биореактор, который представляет из себя резервуар, оснащенный системой аэрации. Воздух из атмосферы всасывается в поток очищаемой жидкости благодаря явлению эжекции газа в жидкость, для диспергирования пузырьков воздуха используется явление суперкавитации. В биореакторе создаются условия жизнедеятельности для аэробных простейших микроорганизмов и бактерий. После биологической очистки сточная вода сбрасывается в аэротенк станции, на которой проводились эксперименты.
В качестве биозагрузки выбраны два вида бионосителей различных производителей, их внешний вид представлен на рисунке 2.
Рисунок 2. Внешний вид бионосителей: слева - биозагрузка № 1 «Руфизол», справа - биозагрузка № 2 «Левапор»
Загрузка №2 1 «Руфизол» была выполнена в виде лент длиной около 1 метра и шириной лент 8 см. Носители были закреплены хомутами вертикально на пространственных рамах для погружения на всю высоту цилиндрической части биореактора. На две пространственные рамы из пластика были подвешены по 11 лент в 2 ряда. После нескольких дней наблюдений визуально было установлено, что биомасса активно закрепляется на бионосителе в виде биопленки, незначительная часть активного ила находится в свободноплавающем состоянии.
Биозагрузка №2 2 «Левапор» представляет из себя кубоиды 20х20 мм с толщиной 7 мм. Бионоситель «Левапор» имеет в порах порошкообразный активированный уголь, который является сорбентом. При проведении эксперимента было загружено 7,6 % биозагрузки от объема биореактора. Однако спустя несколько дней после запуска установки биозагрузка «Левапор» находилась в виде шапки на поверхности воды и не перемешивалась полностью во всем объеме реактора до конца эксперимента.
Продолжительность экспериментов с каждой биозагрузкой 2 недели. В ходе исследований подобраны оптимальные технологические параметры экспериментальной установки, предложена технологическая схема. Усредненные показатели качества исходной и очищенной сточной жидкости с применение различных биозагрузок представлены в таблице 1.
Таблица 1
Изменение физико-химических показателей исходной и очищенной сточной воды с использование двух видов носителей прикрепленных микроорганизмов
Показатели Биозагрузка №1 (Руфизол) Биозагрузка №2 (ТМ Ьеуарог)
Исходный сток Очищенный сток Исходный сток Очищенный сток
ХПК, мг/дм3 256,5-288,6 65,4-76,5 214,8-227,4 81,9-87,3
Взвешенные вещества, мг/дм3 50-400 20-50 50-400 10-30
Аммоний-ион, мг/дм3 50-75 0,1-7,5 50-112,5 0,5-13
Нитрит-ион, мг/дм3 0,00 0-12 0,00 4,4-40
Нитрат-ион, мг/дм3 0,00 50-400 0,00 100-500
Фосфат-ион, мг/дм3 22,5-40 10-35 30-50 30-47,5
1, °С 18-26,6 19,8-26,6 18-27,1 21,7-28
О2, мгО2/ дм3 0-0,1 4,4-4,6 0-0,1 4,5-4,8
Водородный показатель, ед. рН 7,46-7,84 6,46-7,74 7,57-8,36 6,34-8,07
Не удалось достичь предельно-допустимых концентраций на сброс в ры-бохозяйственный водоем, однако достигнуты показатели технологического нормирования ИТС 10-2019 для малых КОС [1, приложение Б, НДТ 8б] по многим показателям, таким как взвешенные вещества, ХПК, аммоний-ион, нитрит-ион. Бионосители способствуют ускоренному росту биоценоза, что позволяет запустить биосооружение за короткий срок, и поддержанию высокой дозы активного ила, что позволяет увеличить его окислительную мощность.
Библиографический список
1. Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоот-ведения поселений, городских округов : Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 10-2019. - Москва : Бюро НДТ, 2019. - 416 с.
2. О.В. Харькина. Эффективная эксплуатация и расчет сооружений биологической очистки сточных вод. - Волгоград: Панорама, 2015. - 433 с.
