CC BY
83
УДК 628.316.13
Л. М. Сибиева, А. С. Сироткин, Й. В. Кобелева, А. А. Гадыева
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АКТИВНОГО ИЛА В ТЕХНОЛОГИЯХ СОВМЕСТНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ И РЕАГЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ
Ключевые слова: очистка сточных вод, реагентная обработка, активный ил, осадки сточных вод.
В статье представлены результаты исследований эксплуатационных свойств активного ила, прошедшего обработку традиционными и инновационными реагентными препаратами. В работе исследовались такие свойства активных илов как скорость осаждения (седиментация), морфология микробных агрегатов, концентрация сухого вещества, зольность. Согласно полученным данным современные реагентные препараты способствуют повышению скорости седиментации в среднем в 2-3 раза.
Keywords: wastewater treatment, reagent treatment, activated sludge, sewage sludge.
The results of studies on service properties of the active sludge that have been treated by traditional and innovative reagents are presented in the article. The characteristics of active sludge such as the sedimentation rate, the morphology of microbial aggregates, dry mass, ash content were investigated. According to received data the new reagents promote the increase of sedimentation rate from two to three times.
Введение
С развитием промышленности, ростом городов и повышением степени их благоустройства количество сточных вод и осадков сточных вод постоянно растет. В связи с этим обостряются проблемы, связанные с их экономически оптимальной и экологически безопасной утилизацией [1]. На очистных сооружениях канализации значительной части российских коммунальных предприятий, к сожалению, в настоящее время удаление, обработка, обеззараживание и утилизация осадков надлежащим образом не решена [2]. Особенно нуждается в решении проблема утилизации осадков сточных вод, что является чрезвычайно актуальным для биологических очистных сооружений канализации (БОСК).
Неотъемлемым следствием процесса аэробной обработки сточных вод с активным илом является образование избыточной биомассы. Одним из важнейших этапов в процессе утилизации избыточного активного ила является его обезвоживание. Способность к влагоотдаче есть свойство, зависящее от различных физико-химических свойств активного ила. Так, основная масса твердых частиц в значительной степени диспергирована и обладает свойствами коллоидов: способность адсорбировать воду и удерживать ее благодаря заряду и поверхностной энергии. Этими свойствами осадка обуславливается главная трудность его обезвоживания [3].
Как правило, для улучшения водоотдающих свойств осадка применяют коагулянты и флокулянты на стадии кондиционирования, что позволяет укрупнить и объединить в хлопья тонкодисперсные и коллоидные частицы, тем самым улучшая процесс обезвоживания. Кроме того, реагенты применяют на стадии стабилизации осадков, что способствует более глубокому обеззараживанию и уничтожению неприятного запаха [3]. В настоящее время рынок реагентных препаратов пополняется новыми перспективными препаратами. В данной работе
наряду с традиционными коагулянтами были изучены инновационные препараты компании VTA -Biokat P 500 и Nanofloc. Важно отметить, что препараты рационально вносить непосредственно в аэротенк, что, помимо улучшения седиментационных свойств активного ила, способствует снижению концентрации фосфатов в очищенной воде с аккумулированием их в активном иле [4].
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы является сравнительный анализ влияния инновационных и традиционных реагентов на эксплуатационные свойства активного ила в технологиях совместной биологической и реагентной очистки сточных вод и утилизации осадков.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
- анализ седиментационной способности активного ила в системе с различными реагентами и морфологии хлопьев активного ила по результатам его микроскопирования.
- характеристика физико-химических свойств осадка активного ила: сухого вещества, зольности, илового индекса.
В качестве объектов экспериментальных исследований выступали:
- микробное сообщество активного ила, взятое из секции регенерации биологических очистных сооружений г. Чистополя и г. Казани;
- реагентные препараты компании VTA, Австрия - Biokat P 500, Nanofloc;
- традиционные коагулянты - FeCl3 и Al2(SO4)3.
Результаты и их обсуждение
В результате исследования седиментационной способности активного ила биологических очистных сооружений гг. Чистополя и Казани были получены следующие результаты, приведенные на рисунках 1 и 2.
Рис. 1 - Седиментационная способность активного ила, г. Чистополь (АСБ= 5,6 г/л)
Рис. 2 - Седиментационная способность активного ила, г. Казань (АСБ=2,7 г/л)
Согласно полученным данным, наибольшая скорость седиментации наблюдалась в системе с реагентом №поАос (в сравнении с Вюка1 Р 500 выше в среднем на 4 %, с хлоридом железа - на 12%, с сульфатом алюминия на - 16%), вторым по эффективности седиментации реагентом оказался Вюка! Р 500. Результаты исследований в системах с традиционными реагентами отличались
незначительно.
В табл. 1 представлены результаты измерения абсолютно сухой биомассы (АСБ), зольности и илового индекса образцов активного ила из БОСК г. Чистополя и г. Казани.
Согласно полученным данным для концентрации активного ила около 5,6 г/л иловый индекс в среднем снижается в системах с Вюка! Р 500 (50 мкл/л) на 12%, с Мапойос (50 мкл/л) - на 13%, в то время как его снижения в присутствии БеС13 и Л12(804)3 практически не отмечалось. В ходе иследований было отмечено, что при высоких значениях АСБ активного ила осаждение протекает с чрезвычайно низкой скоростью. В связи с этим были проведены промежуточные исследования по определению оптимальной концентрации реагента, результаты которых приведены в табл. 2.
Согласно полученным результатам при дозе ила около 4 г/л наилучшей эффективности можно достичь при применении: Вюка! Р 500 - 100 мкл/л; №поАос - 75 мкл/л; БеС13 - 160 мг/л; Л12(804)3 - 120 мг/л . В связи с этим в сводную таблицу 1 внесены данные по наиболее эффективным дозам реагентов.
Согласно данным табл. 1 при концентрации активного ила 3,8 г/л иловый индекс в среднем снижается в системах с Вюка! Р 500 (100 мкл/л) на 28,6 %, с №поАос (75 мкл/л) - на 40 %, с БеС13
(160 мг/л) - на 24 %, а с Л12(804)3 (120 мг/л) -на 21 %.
Таблица 1 - Результаты определения АСБ, зольности и илового индекса образцов активного ила
Показатели АСБ, г/л Иловый индекс, мл/г Зольность, %
Чистополь Контроль 5,7 82,2 32,8
Вюка! Р 500, 50 мкл/л 5,5 72,2 32,5
Капойос, 50 мкл/л 5,6 71,4 32,1
ЕеС13, 40 мг/л 5,7 81,0 33,1
Л12(Б04)3, 30 мг/л 5,4 81,9 32,1
Казань Контроль 3,7 196,2 26,9
Вюка! Р 500, 100 мкл/л 3,8 140,2 26,7
КапоАос, 75 мкл/л 4,0 117,8 26,1
ЕеС13, 160 мг/л 3,6 149,6 28,0
Л12(Б04)3, 120 мг/л 3,7 155,1 26,7
Таблица 2 - Результаты определения АСБ, зольности и илового индекса образца активного ила БОС г. Казань при различных концентрациях реагентов
Реагенты, АСБ, Иловый Зольность
дозировка г/л индекс, мл/г %
Контроль 3,7 196,2 26,9
Вюка1,50 мкл/л 3,9 152,3 23,9
Вюка1,75 мкл/л 4,0 142,9 24,1
Вюка1,100 мкл/л 3,8 140,2 26,7
Ыапойос, 50 мкл/л 3,7 139,8 26,6
Ыапойос, 75 мкл/л 4,0 117,8 26,1
Мапойос,100 мкл/л 3,9 123,4 26,7
РеС1 , 80 мг/л 3 4,1 192,7 26,1
РеС1 , 120 мг/л 3 4,3 164,3 27,2
РеС1 ,160 мг/л 3 3,6 149,6 28,0
Л1 (Б0 ) , 60 мг/л Г Г3 3,8 189,5 26,6
Л1 (Б0 ) , 90 мг/л 2 4 3 3,8 168,9 26,1
Л1 (Б0 ) , 120 мг/л 2 4 3 3,7 155,1 26,7
На рис. 3 представлены результаты микроскопирования активного ила в системах с реагентами.
Из данных рис. 3 отмечено, что морфологически хлопья активного ила имеют более компактную структуру в системах с реагентами. Наиболее плотные хлопья наблюдаются в присутствии МапоАос концентрацией 75 мкл/л. Также достаточно крупные агрегированные хлопья обнаруживаются в системах Вюка! Р 500 (100 мкл/л) и БеС13 с концентрацией 160 мг/л. Менее плотные хлопья характерны для образцов активного ила с Л12(804)3.
Nanofloc Al2(SO4)3 FeCl3(160 мг/л)
(75 мкл/л) (90мг/л)
Рис. 3 - Микроскопические изображения образцов активного ила (увеличение х100)
Заключение
В результате проведенных экспериментальных исследований были сделаны следующие выводы:
1) По результатам анализа скорости осаждения, илового индекса, а также данных микроскопирования образцов активного ила показано, что максимальное улучшение седиментационных свойств наблюдается в системах с реагентом МапоАос. Несколько менее эффективно способствует осаждению Вюка: Р 500. Традиционные реагенты - БеС13 и Л12(804)3 уступают МапоАос и Вюка! Р 500 в эффективности агрегирования хлопьев активного ила.
2) Значения зольности активных илов для контрольных и опытных образцов из БОСК гг. Казани и Чистополя являются сравнимыми величинами и показывают, что разовое внесение реагентов не оказывает значительного влияния на увеличение минеральной части активного ила.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что применение реагентов является эффективным методом для улучшения характеристик активного ила. Показано [4], что применение реагентных препаратов Вюка! Р 500 и Мапойос способствуют не только более высокой скорости осаждения ила, но также и удалению из сточной воды некоторых растворенных химических соединений, таких как фосфаты (Н2Р04-, НР042-, Р043-)
и нитриты (NO2-), которые концентрируются в активном иле.
При этом показано [5], что применение традиционного коагулянта Al2(SO4)3 вносит вклад в увеличение остаточных концентраций ионов Al3+ в воде, что является негативным фактором.
В последнее время в связи с возрастанием осознания проблем, связанных с утилизацией вторичного осадка, осуществляется поиск альтернативных решений по применению отработанных осадков. Одним из решений является использование осадков сточных вод в качестве сельскохозяйственного удобрения. Однако такое применение оказывается возможным лишь после устранения проблем, связанных с обезвреживанием токсических загрязнителей, тяжелых металлов, а также с уничтожением патогенных микроорганизмов. Для решения этих задач целесообразной представляется обработка осадков с помощью химических реагентов, а также биопрепаратов. В связи с этим актуальными являются дальнейшие исследования, направленные на улучшение свойств осадков сточных вод при использовании реагентных и биопрепаратов.
Литература
1. Е.П. Пахненко. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные удобрения. Бином. Лаборатория знаний, Москва, 2013. 311с.
2. Е.М. Морозова, А.М. Фридман, А.Ю. Цивадзе, И.Я. Полякова, В сб. Современные проблемы экологии, Изд-во «Инновационные технологии», Тула, С.22-25.
3. A.M. Благоразумова Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод: учеб. пособие, часть 1. Сиб-ГИУ, Новокузнецк, 2010. 139 с.
4. Й. В. Кобелева, Т. В. Кирилина, А. А. Низамова, Ю. В. Лисюкова, М. А. Каблова, И. Р. Бурнашева, А. С. Сироткин, . Анализ состояния активного ила в процессе опытно- промышленных испытаний реагента VTA Biokat P 500 для очистки сточных вод от соединений фосфора // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т.17, № 10. С.125-128.
5. Й. В. Кобелева, Т. В. Кирилина, А. А. Гадыева, А. С. Сироткин. Сравнительная оценка применения традиционных и современных дефосфотирующих реагентных препаратов в системах биологической очистки сточных вод // Вестник технологического университета. 2015. Т.18, № 13. С. 222-225.
© Л. М. Сибиева - асп. каф. промышленной биотехнологии КНИТУ, [email protected]; А. С. Сироткин - д.т.н., профессор, заведующий кафедрой промышленной биотехнологии КНИТУ, [email protected]; Й. В. Кобелева - асп. той же кафедры, [email protected]; А.А. Гадыева - магистрант той же кафедры, [email protected]. Работа была выполнена с привлечением учащихся 122 гимназии г. Казани.
© L. M. Sibieva - graduate, department of industrial biotechnology KNRTU, [email protected]; A.S . Sirotkin - Professor, Department of Industrial Biotechnology KNRTU, [email protected]; 1 V. Kobeleva - graduate of the same department [email protected]; A.A. Gadyeva - Master of the same department, [email protected]. The work was performed with students from 122 Gymnasium of Kazan.
