CC BY
86
УДК 204.4
Наделяева Нина Николаевна
Nadelyayeva Nina
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СЕДИМЕНТАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ АКТИВНОГО ИЛА СООРУЖЕНИЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ РЕЗКО КОНТИНЕНТАЛЬНОГО КЛИМАТА ЗАБАЙКАЛЬЯ
SEDIMENTATION CAPACITY INTENSIFICATION OF ACTIVATED SLUDGE IN BIOLOGICAL TREATMENT PLANTS OF SEWAGE WATER UNDER ACUTELY CONTINENTAL CLIMATIC CONDITIONS OF TRANSBAIKALIA
Рассмотрены вопросы особенностей работы станций биологической очистки в районах с резко континентальным климатом.
Описываются результаты экспериментов по выбору флокулянта и его оптимальной дозы методом пробного флокулирования частиц активного ила, выводимых из системы очистных сооружений биологической очистки адвективным выносом в водные объекты
The article considers issues of peculiarities of biological treatment plants activity in regions of acutely continental climate.
There is a description of experimental results concerning the choice of flocculant and its optimal dose by the method of flocculation trial of activated sludge particles derived out of the biological treatment plants by means of an adequate carry-over to water bodies
Ключевые слова : охрана вод, очистка сточных вод, Key words: water protection, sewage treatment, floculation флокуляиця
В промышленности и коммунальном хозяйстве пути охраны природных вод от загрязнения с помощью очистных сооружений сохранят свою действенность на ближайшую перспективу. Несмотря на большое разнообразие разработанных методов очистки стоков [1-8], принципиальные схемы очистки городских сточных вод меняются незначительно. Вместе с тем, впечатляют своим обилием схемы и методы очистки локальных очистных сооружений.
Городские же сточные воды традиционно очищаются методом биохимической очист-
ки. Однако традиционный метод очистки сточных вод не всегда удовлетворяет современным требованиям к качеству воды, сбрасываемой в водоемы и водотоки.
На устойчивость и эффективность работы станций биологической очистки сточных вод существенное влияние оказывают многие факторы, одним из которых является температура. При этом следует отметить, что, как правило, не делается поправки в принципиальной схеме на различие в температурном режиме регионов с различными климатическими условиями.
Кроме этого, в технологической схеме
работы сооружений биологической очистки заложена проблема загрязнения водных объектов в результате адвективного выноса частичек активного ила, обусловленного его недостаточной седиментационной способностью.
В зонах с резко континентальным климатом ситуация усугубляется длительным холодным периодом и резкими суточными и сезонными перепадами температур. Учитывая особую уязвимость водных экосистем в климатических условиях Забайкалья, решение проблемы снижения антропогенной трансформации водных ресурсов имеет жизненно-важное значение.
Наблюдения и анализ работы сооружений биохимической очистки в г. Чита свидетельствуют о наличии цикличности, связанной с сезонными изменениями температуры окружающей среды [10, 11].
Усредненные данные по содержанию взвешенных веществ после вторичных отстойников (рис. 1) за 2004-2006 гг. показали, что периоды повышенного выноса активного ила с очистных сооружений биологической очистки г. Чита связаны с сезонными изменениями температуры окружающей среды и периодами резких суточных перепадов температур.
2
Ч
Ю
>
К
2 I-
и 2
| ?
£ ш
ш X
3 з
х X
О X
* ш 3 ш т п т
месяцы
Рис. 1. Содержание взвешенных веществ после вторичных отстойников в 2004-2006 гг.
Температурные изменения влекут за собой изменения в видовом составе и физиологических свойствах микроорганизмов биоценозов активного ила. Изменяется характер соотношения между энергетическим и конструктивным обменами микроорганизмов, приводящий к увеличению прироста ила при понижении
температуры. Это выражается в изменении сумм прикрепленных и свободно плавающих организмов (рис. 2), что ведет к ухудшению седиментационной способности активного ила. Такое изменение имеет волнообразный характер, связанный с сезонным изменением температуры окружающей среды.
та 2000 І 1500 о 1000 500 0
3
4
5
6
10 11 12
месяц
• свободно плаваю щие —
•прикрепленные
Рис. 2. Изменение суммы микроорганизмов в активном иле, тыс. организмов на 1 г сухого вещества
0
1
2
7
8
9
Избыток микроорганизмов, появляющийся в результате их размножения, выводится из системы адвективным выносом. И, если такие условия образования биоценозов, как нагрузка, стабильность проведения технологического процесса, поддаются управлению, то сезонным колебанием состава микроорганизмов на практике управлять невозможно. Температура в условиях резко континентального климата является дестабилизирующим фактором для популяциий микроорганизмов.
В целях защиты водотоков от периодически адвективно выносимого с очистных сооружений биологической очистки активного ила в районах с резко континентальным климатом автором предложен метод флокуляции. Достоинством метода является относительная независимость реагентных процессов от физиологического и морфологического состояния специфических экосистем активного ила и относительная независимость процесса от температуры в интервале 0 ° С...+ 30 ° С.
С целью оценки эффективности действия флокулянтов различного типа на агрегацию зооглейно-мицеллярных конгломератов частиц активного ила в гидрохимической лаборатории кафедры ВХИЭ ЧитГУ были проведены экспериментальные исследования. Активный ил для экспериментов отбирался с преобладанием психрофильных микроорганизмов, сложившихся в естественных условиях под воздействием длительного периода низких температур и их резких суточных перемен.
Объектом экспериментальных исследований для нахождения условий оптимальной флокуляции биологической системы выбран
активный ил очистных сооружений биологической очистки г. Чита со сложившимися под воздействием температурного фактора плохими седиментационными свойствами.
Выбор флокулянта и его оптимальной дозы был установлен экспериментально, методикой пробного флокулирования в цилиндрах. В соответствии с «Методическими рекомендациями по проведению оперативного гидробиологического контроля на сооружениях биологической очистки» проводилось определение концентрации активного ила по объему. Прозрачность надиловой жидкости определялась при помощи фотоэлектроколориметра в процентах коэффициента пропускания.
Прочность сфлокулированного осадка активного ила оценивалась на основе кинетики уплотнения осадка, состояние микроорганизмов, плотность сформировавшегося конгломерата определялись микроскопированием.
Критериями эффективности флокулянтов были приняты мутность надиловой жидкости после отстаивания в течение 3, 6, 9, 15, 30 мин; кинетика седиментации агрегата; оптимальная доза флокулянта; плотность сфлокулированного конгломерата хлопка активного ила.
В результате экспериментов было выявлено, что по уплотнению сфлокулированных агрегатов при внесении реагентов с различными функциональными группами лучшие показатели имеет смешанный флокулянт ПАА су-перфлок + ВПК [9, 12]. Определен вид зависимости скорости осветления надиловой жидкости от расхода эффективного флокулянта. Данные зависимости представлены на рис. 3.
Доза смеси 0,25 + ... флокулянта мг/дм
Рис. 3. Зависимость скорости осаждения сформированного слоя активного ила от дозы флокулянтов
3 мин
6 мин
9 мин
30 мин
На основании представленных данных можно сделать вывод, что флокулирующая способность полимера при флокуляции биологической системы хлопка активного ила, в большей мере, вероятно, определяется не соотношением полимерной оболочки и радиуса действия электрических сил отталкивания. Причиной дестабилизации данной системы является вероятность образования мостичных связей между частицами активного ила через адсорбированные макроионы.
Результаты исследований показывают, что скорость осветления надиловой жидкости достаточно точно описывается уравнением у = а * 1_п (х) + с,
где у - скорость осветления надиловой жидкости, см/мин;
х - доза смеси флокулянтов мг/дм3; а, с - расчетные коэффициенты.
Анализируя экспериментально полученные математически обработанные данные по кинетике оседания, можно сделать вывод, что во всех случаях применения наиболее эффективной флокулирующей смеси полиэлектроли-
тов скорость оседания максимальна на первых этапах процесса смешивания иловой жидкости с флокулянтом. Следовательно, при условии химической флокуляции активного ила, состоящего из биоценоза психрофильных микроорганизмов с низким коэффициентом зооглей-ности и плохими седиментационными свойствами, время воздействия флокулянта не является доминирующим фактором в определении оптимальных условий флокуляции. Кривая, характеризующая скорость флокуляции на первых трех минутах, имеет максимальные значения во всем диапазоне заданных концентраций смеси флокулянтов.
Наибольшая скорость оседания сформированного осадка максимальна при заданной дозировке 0,25 мг/дм3 ВПК + 5,0 мг/дм3 ПАА сф. Но следует учитывать, что при анализе опытных данных с такой дозировкой отмечалась частичная флотация, которая на действующих очистных сооружениях биологической очистки повлечет за собой вынос конгломератов в водный объект, что нежелательно.
______________________________Литература
1. Сводный отчет по теме ІБ-01. «Новые ме- 2. Орловский З .А. Очистка сточных вод за
тоды интенсификации счистки и доочистки сточных рубежом / З.А. Орловский. - Москва: Стройиздат,
вод». - Москва: Секретариат СЭВ, 1986. - 97 с. 1974. - 190 с.
3. Шифрин С.М. Очистка сточных вод предприятий мясной и молочной промышленности / С.М. Шифрин, Г.В. Иванов, Б.Г. Мишуков, Ю.А. Феофанов. - Москва: Легкая и пищевая промышленность, 1998. - 272 с.
4. Когановский А.М. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении /А.М. Когановский, Н.А. Клименко, Т.М. Левченко, Р.М. Марутовский, И.Г. Рода. - Москва: Химия, 1983. - 287 с.
5. Мочалов И.П. Очистка и обеззараживание сточных вод малых населенных мест / И.П. Мочалов, ИД. Родзиллер, Е.Г. Жук. - Ленинград: Стройиздат, 1991. - 159 с.
6. Душкин С.С. Интенсификация процессов очистки сточных вод металлургических предприятий / С.С. Душкин, Ю.П. Беличенко. - Москва: Металлургия, 1988. - 111 с.
7. Гордин И.В. Оптимизация химикотехнологических систем очистки промышленных сточных вод / И.В. Гордин, Н.Б. Манусова, Д.Н. Смирнов. - Ленинград: Химия, 1977.- 175 с.
8. Лукиных Н.А. Методы доочистки сточных вод / Н.А. Лукиных, Б.П. Липман, В.П. Криш-тул. - Москва: Стройиздат, 1974.- 95 с.
9. Наделяева Н.Н. Интенсификация процесса оседания активного ила с применением флоку-
лянтов на основе полиакриламида / Н.Н. Наделяева. - Екатеринбург - Чита: ЧитГУ. Выпуск 2 Водные ресурсы и водопользование, 2005. - С . 135139.
10. Наделяева Н.Н. Особенности биохимической очистки городских сточных вод в зонах с резко континентальным климатом (на примере Забайкалья) // Н.Н. Наделяева. - VI Всероссийская научно-практическая конференция Кулагинские чтения. - Чита: ЧитГУ, 2006. - С. 154-158.
11. Наделяева Н.Н. Цикличность в работе очистных сооружений биологической очистки в районах с резко континентальным климатом (на примере очистных сооружений г. Чита) // Н.Н. Наделяева. - VII Всероссийская научно-практическая конференция Кулагинские чтения. - Чита: ЧитГУ, 2007. - С 100-104.
12. Наделяева Н.Н. Лабораторные исследования эффективных режимов агрегирования зоо-глейно-мицеллярных частиц активного ила с помощью электролитов // Н.Н. Наделяева. - Сборник научных трудов преподавателей и сотрудников инженерно-экологического факультета ЧитГУ и Восточного филиала РосНИИВх при участии вузов - членов УМО по образованию в области природообустройства и водопользования. - Екатеринбург - Чита: ЧитГУ, 2007. - С. 71-77.
Коротко об авторе_______________________________________
Наделяева Н.Н., зав. гидрохимической лабораторией, Читинский государственный университет (ЧитГУ) [email protected]
Научные интересы: процессы флокуляции зооглейно-мицеллярных конгломератов частиц активного ила с преобладанием психрофильных микроорганизмов, образо-ванных в естественных условиях под воздействием дли -тельного периода низких температур и их резких суточных колебаний
_________________________________Briefly about author
Nadelyayeva N., Head of Hydrochemical Laboratory, Chita State University (ChSU)
Scientific interests: flocculation processes of zooglea-micellar conglomerates of activated sludge particles with the predominance of psychrophiles generated in natural conditions by long-term cold temperatures and their sharp diurnal variations
