CC BY
29УДК 628.355
Ю.В. Ширтанова
ИНТЕСИФИКАЦИЯ АНАЭРОБНОЙ СТАДИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
В статье рассматриваются вопросы, связанные с повышением эффективности очистки сточных вод от биогенных загрязнителей. Экологически безопасным и эффективным, по мнению большинства специалистов, является биологический метод очистки, который основан на жизнедеятельности микроорганизмов активного ила. Удовлетворительное протекание процесса зависит от обеспеченности анаэробной стадии легкоокисляемой органикой. Представлены методы снабжения анаэробной зоны легкоокисляемой растворимой органикой и предложен способ для более глубокого протекания процессов биологической очистки от биогенных загрязнителей
Ключевые слова: очистные сооружения, биологическая очистка, сточные воды, биогенные загрязнители, анаэробная зона, легкоокисляе-мая органика.
К настоящему времени на планете значительно снизились доступные ресурсы пресной воды. Глобализация антропогенного загрязнения воды, равно как и природных ресурсов в целом, является следствием бурного развития промышленных производств и ростом мегаполисов. Таким образом, основными источниками антропогенных загрязнений можно по праву считать сточные воды промышленных предприятий и коммунального хозяйства населённых пунктов, также к этим источникам можно отнести стоки систем орошения и поверхностные стоки с сельскохозяйственных объектов. Общий объём этих стоков по некоторым источникам достигает до 1800 км3, для разбавления которых требуется примерно 8,5 тыс. км3 воды, то есть 20% полного и 60% устойчивого стока рек мира. [1, с. 240].
Общая масса сбрасываемых в гидросферу загрязнителей составляет около 15 млрд т в год. Серьезный, а зачастую и непоправимый вред окружающей среде наносят сбросы, содержащие соли тяжелых металлов, фенолы, пестициды, нефтепродукты, биогенную органику, анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ) и минеральные удобрения.
В последние годы резко возрос научный интерес к биогенному загрязнению водоемов и их эвтро-фированию. Причиной обильного цветения рек и озёр является сброс в водный объект сточных вод, недостаточно очищенных и загрязненных биогенными веществами (азот, фосфор). Во всём мире эта проблема признана как наиболее опасная не только для здоровья животных, но и человека. Потребление воды из цветущего водоема вызывает массовую гибель скота и достаточно серьезные заболевания у человека. Токсины, которые вырабатываются при цветении водоемов цианобактериями, считаются наиболее опасными ядами, поражающими иммунную систему у человека и животных, кроме того, они действуют как сильные токсиканты.
Главным источником загрязнения водоемов азотом и фосфором в мировой практике признаны городские сточные воды, при этом более 50 % фосфатов на очистные сооружения поступают из стиральных порошков и моющих средств.
Существует ряд технологических схем глубокого удаления соединений азота и фосфора из сточных вод в процессе биологической очистки, все они предусматривают создание аэробных, аноксидных и анаэробных зон и различное их комбинирование. В данной статье в качестве сооружений аэробной биологической очистки рассматриваются аэротенки, используемые для очистки сточных вод от органических загрязнений, поддающихся биохимическому разложению. В аэротенках-резервуарах процесс биологической очистки от загрязнителей протекает при прямом контакте сточных вод с необходимым количеством активного ила. Необходимым условием для удовлетворительного протекания процесса является присутствие необходимого количества растворённого кислорода в течение установленного периода времени. Активный ил представляет собой искусственно выращенный биоценоз, населённый гелепродуци-рующими бактериями гететрофами, хемотрофами, простейшими и многоклеточными животными, кото-
© Ширтанова Ю.В., 2016.
Научный руководитель: Думбаускене Алла Владимировна - преподаватель кафедры «Управление промышленной и экологической безопасностью», Тольяттинский государственный университет, Россия.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2016. № 11-1(62)
рые трансформируют загрязняющие вещества и очищают сточные воды в результате биосорбции, биохимического окисления, выедания бактерий и простейших [2, с. 95].
Важную роль в получение эффективного результата на выходе с биологических очистных сооружений играет обеспечение условий для удовлетворительного протекания процессов очистки на каждой стадии. Наибольшую сложность вызывает обеспечение условий для эффективного протекания анаэробной стадии, создание низкого окислительно-восстановительного потенциала, так как на этой стадии требуется дополнительное количество веществ восстановительного характера. Добавки восстановителей необходимы для реализации в анаэробной стадии таких процессов как денитрификация и дефосфатация, в результате которых и происходит удаление нитратов и фосфатов из сточных вод.
В случае применения биологического удаления азота и фосфора из сточных вод необходимо обеспечивать максимальную эффективность использования органических загрязнений как субстрата для процессов денитрификации и дефосфотации.
В большинстве случаев, при осуществлении технологии глубокого удаления соединений азота и фосфора в аноксидную и анаэробную зону подают сточные воды, поступающие на очистку, и возвратный ил. При этом необходимо учитывать количество нитратов в установленном рециркулируещем потоке возвратного ила. Если их содержание велико, то наблюдается значительное снижение эффективности процесса дефосфотации. Это связано не только с потреблением восстановителей на денитрификацию и повышением окислительно-восстановительного потенциала, но и со способностью бактерий, накапливающих фосфор в присутствии нитратов переводить их в свободный азот. Именно по этой причине бактерии начинают мало потреблять фосфатов на следующем этапе - аэробной зоне. Из этого следует, что чем больше поступает нитратов в анаэробную зону, тем больше в эту зону необходимо подавать восстановителей, что позволит обеспечить процесс денитрификации и снабдить субстратом организмов, которые способны в последующей аэробной стадии накапливать фосфор.
Из выше сказанного можно заключить, что для достижения эффективного удаления всех форм азота и фосфора из сточных вод, необходимо обеспечить анаэробную стадию требуемым количеством легкоокисляемой органики. Существует несколько способов снабжения анаэробной зоны легкоокисляе-мой растворимой органикой:
- подача в анаэробную зону неочищенных сточных вод, не прошедших этап первичного отстаивания. Этот способ имеет ограничения по использованию и возможен только при содержании в сточных водах низкого содержания сложноокисляемых и токсичных соединений, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на активный ил;
- подача в анаэробную зону осветлённых сточных вод, которые содержат продукты ацидофикации сырого осадка. Процесс анаэробного разложения органических соединений сырого осадка протекает в три стадии. Первые две стадии анаэробного гидролиза и ацидогенеза завершаются продуцированием низкомолекулярных летучих жирных кислот и по продолжительности менее длительны, чем третья стадия метаногенеза. Именно эти две первые стадии используются в очистке сточных вод для получения легкоокисляемой органики из сырого осадка в результате его ацидофикации. Это способ эффективен не только для удаления всех биогенных элементов, а также для оздоровления активного ила. Несмотря на это, могут возникать и побочные эффекты, так как в процессе ацидофикации при распаде органических веществ, кроме роста его лекгоокисляемой фракции, также происходит аммонификация, которая сопровождается увеличением концентрации азота аммонийного. При попадании в аэротенк обогащённых стоков могут возникнуть условия для дополнительного прироста биомассы, увеличения расхода воздуха на нитрификацию и расхода легкодоступного органического вещества на дополнительную денитрификацию [3, с. 18];
- подача в анаэробную зону готовых химических соединений (например, метанола, муравьиной, фосфорной кислоты). Данный способ используется при реконструкции блока биологической очистки и имеет положительный промышленный опыт. Для добавления химического соединения предусмотрены станции дозирования, которые позволяют корректировать подачу раствора, учитывая качественную и количественную нагрузку по поступающим сточным водам на участок биологической очистки.
Значительно повысить окислительную способность стадии биологической очистки, на наш взгляд, возможно при использовании катализаторов, которые устанавливаются в виде сетчатых объемных блоков на дно аэротенка. Эффективность достигается за счет способности поверхности катализатора сорбировать на своих активных центрах кислород из воздушных и водных фаз, переводя его в активные формы кислорода. За счет осуществления окислительно-восстановительных процессов с участием активных форм кислорода обеспечивается более высокая скорость удаления загрязняющих веществ, позволяющая снизить время обработки сточной воды и обеспечивая окисление органических веществ до 80%, азота аммонийного до 97% [4, с. 30].
Следовательно, биокаталитическая технология в сочетании с дополнительной подпиткой анаэробной зоны легкоокисляемой растворимой органикой позволяет осуществлять глубокое протекание процессов дефосфатизации и денитрификации в аэротенке, обеспечивая требуемое качество очистки стоков до норм на сброс в водоем рыбохозяйственного назначения.
Библиографический список
1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1999. - 455 с.
2. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротен-ками. - М.: АКВАРОС, 2003. - 512 с.
3. Козлов М. Н., Стрельцов С. А., Кевбрина М. В., Гаврилин А. М., Газизова Н. Г. Ацидофикация (префер-ментация) как метод стабилизации сырого осадка при очистке сточных вод от биогенных элементов // Водоснабжение и санитарная техника. - 2013. - № 5. - С. 13-21.
4. Коваленко А.А., Хабарова Е.И., Демушкина М.А., Кочетков А.Ю. Комплексные решения на базе каталитических систем для сооружений водоочистки // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. - 2012. - № 6. - С. 2837.
ШИРТАНОВА ЮЛИЯ ВЛАДИМИРОВНА - магистрант, Тольяттинский государственный университет, Россия.
