Эффективность работы очистных сооружений 5-го канализационного бассейна г. Прокопьевска Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (11), 2015

УДК 628.218

А.М. Благоразумова, М.В. Крупно, Л.В. Ворон, Е.С. Калашникова

Сибирский государственный индустриальный университет

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИИ 5-ГО КАНАЛИЗАЦИОННОГО БАССЕЙНА Г. ПРОКОПЬЕВСКА

Очистные сооружения 5-го канализационного бассейна г. Прокопьевска (рис. 1) расположены на правом берегу реки Аба в районе мясокомбината. На них направляют городские сточные воды от жилых районов города: Центрального, Красногорского, Ясной Поляны, Зенковского. Кроме того, поступают сточные воды со следующих промышленных предприятий: шахты им. Дзержинского, ООО «Элек-тропром», ООО «Технология МСК», ОАО «Хлебокомбинат № 1», АО «Подземтранс-маш», АО «Пингвин». На этих сооружениях применяется традиционная схема двухступенчатой очистки сточных вод, приведенная на рис. 2, по которой стоки с расходом 15000 м3/сут. поступают в приемную камеру. Концентрации загрязнений за исследуемый период приведены в таблице.

Часть сооружений находится в законсервированном состоянии из-за низких значений ВПК (биохимическое потребление кислорода) сточных вод в результате закрытия и снижения производственных мощностей многих промышленных предприятий города и в связи с изменением количественного и качественного состава сточных вод.

Данные получены по результатам лабораторных анализов сточных вод, а технологические схемы - из регламента очистных сооружений [1].

Сточные воды в соответствии с технологической схемой проходят механическую очистку на решетках с прозорами 16 мм.

Для очистки стоков от песка применены горизонтальные песколовки диам. 4,2 м с круговым движением воды. Песколовки предназначены для задержания тяжелых примесей, содержащихся в сточной воде. Их удаление является обязательным, так как абразивные свойства песка приводят к разрушению механизмов и бетонных сооружений. Кроме того, песок может накапливаться в каналах, аэротенках, метантенках и снижать рабочий объем сооружений. Песковая пульпа гидроэлеватором подается на песковые площадки на обезвоживание.

Первичные отстойники располагают в технологической схеме очистки сточных вод непосредственно за песколовками. Грубодисперсные нерастворимые примеси под воздействием гравитационной силы оседают на дно отстойника, а жировые вещества всплывают на поверхность.

Рис. 1. Очистные сооружения 5-го канализационного бассейна

-87-

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (11), 2015

Рис. 2. Технологическая схема очистных сооружений:

1 - здание решеток; 2 - вертикальные песколовки; 3 - горизонтальный преаэратор; 4 - первичный вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком; 5 - аэротенк; б - вторичный вертикальный отстойник с центральной трубой; 7 - здание хлораторной; 8 - контактные резервуары; 9 - резервуар для приема дренажных стоков и перекачки в голову сооружений; 10 - резервуар для приема и перекачки активного ила; 11 - метантенки (законсервированы); 12 - иловые карты;

13 - контейнеры для сбора крупного мусора и отбросов с решеток; 14 - песковые площадки; п.п. - песковая пульпа; с.о. - сырой осадок; г.к. - гравийный колодец; и1 - осадок с первичных отстойников; и2 - ил со вторичных отстойников;

в.и. - возвратный ил; д.в. - дренажная вода

На очистных сооружениях 5-го канализационного бассейна используют вертикальные первичные отстойники с нисходяще-восходящим потоком поступления сточной жидкости диам.

9,0 м. Для увеличения нагрузки на очистные сооружения перед первичными отстойниками вмонтирован лоток, погруженный в сточную воду, куда направляют одну третью часть сырого осадка первичных отстойников.

Биологическая очистка. Биологические методы очистки сточных вод основаны на жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов, которые минерализуют растворенные органические соединения, являющиеся для них источником питания. К сооружениям био-

логической очистки относятся аэротенки и вторичные отстойники.

Аэротенк представляет собой железобетонный резервуар прямоугольной формы в плане, разделенный продольными перегородками на коридоры, по которым протекает сточная жидкость, смешанная с активным илом. Активный ил с физико-химической точки зрения - коллоид с pH = 4-9, заряд отрицательный, с биологической точки зрения - это скопление аэробных бактерий в виде зооглей, образующих хлопья, легко отделяемые от очищенной воды гравитационным отстаиванием или флотацией.

На очистных сооружениях 5-го канализационного бассейна функционируют трехкоридорные

Концентрация загрязнений

Дата (месяц) Показатели загрязнений сточных вод, мг/л

Взвешенные вещества БПКполн Азот (аммонийный) Азот (нитрит -ный) Азот (нитратный) Фосфаты

Январь 56,60 63,40 11,39 0,11 0,92 1,33

Февраль 51,60 46,70 11,36 0,11 1,92 0,98

Март 40,20 46,70 11,40 0,17 1,67 1,79

Апрель 57,20 43,40 11,13 0,69 2,44 1,25

Май 51,60 54,20 11,20 0,30 1,90 0,88

Июнь 52,20 49,30 14,61 0,34 0,95 0,89

-88 -

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (11), 2015

аэротенки-вытеснители с мелкопузырчатой системой аэрации из полимерных труб НПФ «Экотон», уложенных в две нитки. Система аэрации необходима для снабжения аэробных микроорганизмов кислородом, окислительных процессов и перемешивания сточных вод с активным илом.

Вторичные отстойники служат для разделения иловой смеси из аэротенков на активный ил и очищенную воду. Установлены вертикальные отстойники с центральной трубой ди-ам. 9,0 м в количестве 10 шт. Активный ил, осевший во вторичных отстойниках, направляется в аэротенки.

Обеззараживание очищенных сточных вод осуществляется гипохлоритом кальция. После очистки и обеззараживания стоки сбрасываются в реку Аба.

Обработка осадков выполняется по следующей схеме: сырой осадок первичных отстойников подается насосами на иловые площадки с естественным основанием и дренажем на обезвоживание. Обезвоженные осадки с песколовок и иловых площадок направляются на карьеры шахты им. Дзержинского для рекультивации нарушенных земель.

Рекомендации для повышения эффекта очистки воды при реконструкции очистных сооружений

Предлагаются следующие варианты технических решений:

1. Повысить эффективность задержания отбросов в решетках путем установки решеток НПФ «Экотон» с прозорами 4-5 мм.

2. Очистку сточных вод производить в аэротенках с продленной аэрацией для удаления из сточных вод соединений азота нитри-денитрификацией.

3. Применение биоблоков научно-производственных фирм «Экотон», «Этек», «Экополимер». Биоблоки устанавливают по новым технологиям в коридорах аэротенков после регенераторов или биореакторах, которые устраивают после вторичных отстойников для удаления из сточных вод соединений азота и фосфора.

4. Применение нитриденитрификции по методике, изложенной в работе [2], которая позволяет без сложной реконструкции увеличить эффект задержания соединений азота и фосфора.

Нитрификация и денитрификация - совокупность реакций биологического окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов и восстановления их до свободного азота.

Процесс трансформации азота начинается в канализационной сети, когда под воздействием

уробактерий мочевина гидролизуется с образованием углекислого аммония [3]:

CO(NH2)2 + 2Н20 = (NH4)2C03. (1)

Углекислый аммоний диссоциирует на аммиак, углекислый газ и воду:

(NH4)2C03 = 2NH3t + С02| + Н20. (2)

В водном растворе аммиак присутствует в виде гидроксида аммония:

NH3 + Н20 = NH4OH. (3)

После полной аммонификации азот присутствует в сточной жидкости в виде аммиака NH4 (при высоком pH) или иона аммония NH (преобладает при низком pH).

Окисление азота осуществляется аэробными микроорганизмами, использующими для синтеза клетки неорганический углерод, присутствующий в сточной жидкости в виде С02, НСО, и СО,2 . Окисление протекает в две стадии:

1 - образуются нитриты

2NH3 + 302 = 2HN02 + 2Н20 +

+158 ккал/моль; (4)

2.1 - при недостатке кислорода (0,5 - 1,0 мг/л) нитриты восстанавливаются до NO, N20, N2 или NHp

2.2 - при избытке кислорода (3-4 мг/л) нитриты окисляются до нитратов

2HN02 +02 = 2HN03 + 48 ккал/моль. (5)

В условиях острого дефицита кислорода (0,1 - 0,2 мг/л) анаэробы способны для дыхания использовать связанный кислород нитратов, в результате происходит денитрификация, в ходе которой нитриты восстанавливаются до элементарного азота.

Поддержание активного ила во взвешенном состоянии в денитрификаторе производится механическими мешалками. В качестве питательного субстрата там могут использоваться сточная жидкость, метанол СН3СООН, этанол С2Н5ОН, уксусная кислота СН3СООН и другие карбоновые кислоты. Если денитрификатор устанавливается на последней стадии очистки, после него предусматривается постаэратор для отдувки азота.

В процессе нитриденитрификации происходит увеличение концентрации фосфора. Для глубокого его изъятия включают зону ана-

-89-

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (11), 2015

Рис. 3. Предварительная денитрификация

эробной обработки активного ила. Создаются условия, в которых активный ил поочередно проходит анаэробную и аэробную зоны, что стимулирует развитие в нем фосфорных бактерий-анаэробов. При длительном пребывании активного ила в бескислородных условиях происходит вывод фосфора из клеток. В анаэробных условиях фосфорные бактерии активно потребляют фосфор из среды, т.е. безреагентный способ основан на выделении фосфора в составе избыточного активного ила.

Наиболее эффективной для очистки низкоконцентрированных (что как раз характерно для очистных сооружений 5-го канализационного бассейна) по органическим веществам городских сточных вод признана схема с предварительной денитрификацией перед подачей ее в анаэробную зону (рис. 3).

Для аэротенков с большим соотношением длина/ширина требуется использование значительного количества мешалок в зоне денитрификации для предотвращения расслоений иловой смеси. В этом случае целесообразно использование карусельных компоновок, в которых требуемая скорость потока обеспечивается циркуляцией смеси по замкнутому контуру низкооборотными мешалками с большим диаметром лопастей.

Для очистных сооружениях 5-го канализационного бассейна была разработана пред-

ставленная на рис. 4 схема нитриденитрифика-тора. Ее особенности состоят в следующем.

1. Имеются три зоны: анаэробная (для эффективного изъятия фосфора), аноксидная, аэробная.

2. Для подпитки смеси питательными веществами устроены три внешних цикла: из конца аноксидной зоны в начало анаэробной, из конца аэробной в начало аноксидной, из вторичного отстойника в начало аноксидной зоны (предварительная денитрификация). Имеется один внутренний цикл (карусель во втором коридоре) для интенсификации перемешивания иловой смеси.

3. Первый коридор разделен на три подкоридора, что позволяет использовать меньшее количество мешалок.

4. Широкая аэрируемая полоса (70 % от площади зеркала аэротенка) позволяет снизить интенсивность аэрации без риска осаждения ила.

5. Поочередное прохождение смеси через кислородные и бескислородные зоны во втором коридоре стимулирует рост фосфорных бактерий.

Выводы. Сооружения по очистке сточных вод и обработке осадков справляются с работой, но в связи с низкими концентрациями загрязнений сточных вод, поступающих на очистку, появляются проблемы эксплуатации, например, нагрузка на активный ил имеет малое

Рис. 4. Разработанная схема нитриденитрификатора

-90 -

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (11), 2015

значение, в связи с чем возникает необходимость направления его в полном объеме из вторичных отстойников в аэротенки. Для увеличения нагрузки на активный ил необходимо исключить из работы первичные отстойники, а стоки после песколовок направлять сразу в аэротенки. Удаление (более полное) соединений азота из сточных вод возможно за счет ввода в эксплуатацию секций аэротенков, которые законсервированы, путем переоборудования их в аэротенки с продленной аэрацией сточных вод; внедрение схемы с применением предварительной денитрификации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Регламент эксплуатации очистных сооружений 5-го канализационного бассейна. -Прокопьевск, 2008. - 32 с.

2. Долина Л.В. Очистка сточных вод от биогенных элементов. - Днепропетровск: Континент, 2011. - 198 с.

3. Амбросова Г.Т., Цветкова О.П.,

Ксенофонтова О.В. Очистные сооружения канализации. Ч. 5. Расчет нит-рификатора-денитрификатора: Методиче-

ские указания. - Новосибирск: Сибстрин, 2005.-33 с.

© 2015 г. А.М. Благоразумоеа, М.В. Крупно, Л. В. Ворон, Е.С. Калашникова Поступила 3 декабря 2014 г.

-91 -