Использование приема предварительной коагуляционной обработки сточных вод для интенсификации их биологической очистки Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Андреев С.Ю., Гришин Б.М., Демидочкин В.В., Злыднев А.В., Колдов А.С. , Кулапин В.И.

Пензенский государственный университет

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИЕМА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ КОАГУЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

Наиболее распространенным способом очистки сточных вод больших и малых городов в настоящее время является их биологическая очистка в аэротенках-вытеснителях.

Сточные воды населенных пунктов состоят из хозяйственно-бытовых, нормативно-чистых и промышленных вод. К хозяйственно-бытовым относятся воды, поступающие в канализацию из кухонь и туалетных комнат, бань и прачечных, после мытья полов, а также из бытовых помещений промышленных предприятий. Нормативно-чистые воды поступают из котельной. Такие сточные воды содержат сажу, шлак из-за отсутствия системы гидрозолоудаления в котельной, а также минеральные соли.

Производственные сточные воды, как правило, поступают от баз строймеханизации, автопарков, ремонтно-механических мастерских и других промышленных предприятий. Соотношение между расходами может быть различным, но в любом случае в общем стоке населенного пункта преобладают хозяйственно-бытовые сточные воды.

По физическому состоянию загрязнения хозяйственно-бытовых сточных вод делятся на: нерастворимые

примеси находящиеся в воде в виде крупных взвешенных частиц (размером более 100 мкм); суспензии, эмульсии и пены (размером от 100 до 0,1 мкм); коллоидные частицы размером от 0,1 до 0,001 мкм; растворенные частицы, находящиеся в воде в виде молекулярно-дисперсных частиц размером менее 0,001 мкм, не образующих отдельной фазы.

Было предложено все примеси сточных вод делить на четыре группы: 1) нерастворимые вещества; 2) коллоиды; 3) молекулярные растворы; 4) ионные растворы [1].

Данная классификация практически полностью охватывает все разновидности загрязнений и позволяет дифференцировано прогнозировать методы и сооружения для удаления каждой группы веществ на основе их фазово-дисперсных свойств.

Увеличение содержания взвешенных веществ в исходных сточных водах обуславливает повышение концентрации дисперсных частиц, поступающих в аэротенк.

При очистке городских сточных вод важную роль играет первичное отстаивание как наименее энергоемкий и дешевый метод выделения из стоков грубодисперсных минеральных и органических примесей.

Использование метода первичного отстаивания городских сточных вод перед их биологической очисткой позволяет существенно снизить нагрузку на аэротенки по органическим загрязнениям, уменьшить концентрацию взвешенных веществ.

Поскольку до 80% вещества дисперсных частиц переходит в массу избыточного ила, снижение концентрации взвешенных веществ в сточных водах, поступающих в аэротенк, позволяет существенно сократить прирост активного ила и снизить затраты, связанные с его утилизацией.

Известно, что скорость биохимической деструкции активным илом органических загрязнений, находящихся в форме взвешенных веществ в четыре раза, а в форме коллоидных частиц почти в 2 раза ниже, чем скорость окисления загрязнений, находящихся в форме истинных растворов.

Этот факт может быть объяснен на основе анализа внутреннего строения хлопка активного ила.

Результаты электронной микроскопии хлопков ила показывают, что хлопок неоднороден и состоит из отдельных скоплений бактерий (клонов), разделенных прослойками биополимера.

Размер отдельных клонов составляет около 10 мкм, размер самого хлопка активного ила достигает 100 мкм.

Органические загрязнения, находящиеся в форме растворенных веществ быстро транспортируются в объеме хлопка активного ила к бактериальным клеткам, так же быстро ими усваиваются и практически не образуют внеклеточных накоплений.

Органический субстрат, находящийся в форме дисперсных частиц, может усваиваться бактериальными клетками только после его ферментативного разложения в хлопке ила вне клеток.

В хлопке активного ила имеет место накопление и сохранение (Storage) органического вещества, находящегося в форме дисперсных частиц, образование внеклеточных накоплений.

Вокруг каждой дисперсной частицы, сорбированной хлопком активного ила, образуется локальная зона с дефицитом кислорода и избытком продуктов разложения частицы, угнетающая ферментативную активность бактериальных клеток.

При сорбированиифлокулой активного ила некоторого количества органического вещества, находящегося в мелкодисперсном состоянии, ее окислительная способность уменьшается.

Для восстановления окислительных свойств ила необходим промежуток времени для окисления накопившихся загрязнений. Успешное окисление сорбированных активным илом загрязнений может быть реализовано только лишь при наличии в каждом цикле питания микроорганизмов фазы голодания - его регенерации .

Этим обстоятельством можно объяснить рекомендации использовать прием регенерации активного ила при биологической очистке сточных вод, содержащих значительное количество органических загрязнений в форме взвешенных частиц и эмульсий.

Таким образом, увеличение эффекта удаления из сточных вод дисперсных частиц в процессе первичного отстаивания приводит не только к снижению количества поступающих на биохимическую очистку органических загрязнений, но и к изменению качества сточных вод, обуславливающего повышение удельной скорости биохимического окисления.

Существенно повысить эффективность процесса первичного отстаивания хозяйственно-бытовых сточных вод позволяет технологический прием предварительной коагуляционной обработки.

В последнее время в связи с существенным ростом мировых цен на энергоносители и электрическую энергию в скандинавских странах стал широко внедряться метод «Lowenergy», предусматривающий добавление минеральных коагулянтов перед первичными отстойниками.

Согласно данным экспериментов, проведенных фирмой KEMIRA, предварительная коагуляционная обработка сточных вод перед первичным отстаиванием позволяет на 50-60 % снизить количество органических загрязнений, поступающих в аэротенк и сократить удельное потребление электроэнергии станцией биологической очистки с 0,35 до 0,15 кВт час на один кубический метр очищенных стоков [3].

С целью опытного апробирования технологии предварительной коагуляционной обработки городских стоков нами были проведены лабораторные исследования на канализационных очистных сооружениях г. Заречный Пензенской области. В качестве реагентов использовались железный купорос и полимерный катионитовыйфлокулянт серии АК 636 Р, КП-555.

Интенсивное образование хлопьев наблюдалось при дозе железного купороса 110 мг/л, при этом происходило снижение БПК5 в процессе 1,5-часового отстаивания с 175 мгО2/л до 70 мгО2/л. Оптимальная доза флокулянта КП-555 составила 4 мг/л. Концентрация органических загрязнений (БПК5) в про-

чистка промышленных сточных вод коагулянтами и флокулянтами /С.В. Гетман-АСВ, 2008.

У to У го а О У о В

CD о о о а CD а S

ГО о ь ь о ГО тз д

- ы to о н > го У а а го

а о го тз а о

У тз го го о ь S S о a

У У о о У го тз a о

> CD го Sc у о го го о го a

а о S го а го CD го го го го

Д го из о У JTO CD ГО S го S

У го го ь го го ГО CD го го

CD го CD го - го ГО Д го го

ГО У ГО а S а тз CD о го

ГО CD - > В го S

CD ГО ГО О н > S X S тз о го го т ТЗ CD о го CD Д

О го ю O'! У го из У о го

ю го Ь го

О

,г

CD

О

Ь

О

О

а

го

CD

Ь

CD

ГО

S

CD

ГОС

ГО

ГО

ГО

Ь

S

из

ГО

У

S

ГО

ГО

тз

о

го

тз

CD

Ь

ГО

тз

S

го

а

S

Гос

У

го

У

го

о

го

Уа

CD

д

S

ь

о

го

>

о

CD

ГО Го

О о ^ го

- го о У о

О Го ГО ГО

го

У

5 0

ТЗ лз о о ь го

ГО о £ Го

тз а s s а го (D Го ь О ГО о

го а

2 s Гос

го

о О а го тз д

DJ О

а ^

О ГО а о го го s a

ь

о S из

о го го го s о го го

У

го

S д

тз о о a го о

о

го

CD

ь

У

5

£

S

Уа У

О 1—I

II 1—1

о о а a тз о го a а го о s а го го го s го s

у д тз ^ у го о о | о го СЛ ГО CD 1Л -• U3 сл ГО

О

го

Реагент, используемый для обработки

нических загрязне -ний ( ВПК5) в исход-ных сточных водах,

нических загрязнений

( ВПК5) в очищенных

Эффект очистки,п

Удельная стоимость сэкономленных энергозатрат, руб/м3

Удельная стоимость затрат на реагенты, руб/м3

Полученный удельный экономический эффект, руб/м3

-бытовыхсточных

о о и о Е го го л л о со X о ч го о ь л S го го о о го S а л

а а оэ а 0 S о > о ч го S о о 0 а го о 03 0 го > ч 0 л 0 0

ЕЗ ЕЗ 4^ ТЗ ГО о ЕЗ со со в о аз го ч л го со Е го 5 <1 0 о л 03 о

0 03 НЧ 0 03 ГОС 0 Ч л ч о ГОС го 0 Л X 0 to го ь и го го 0 03 0 ч л 0 0 л 0 л ч <1 X со л а го X л S о

а го 0 а го о Ь а 0 о го го о л го 0 5 го — го 0 — 0 о л ч а 0 о го го о го л ь го л S S 0 X 0

о о а о о го О о S го го го го а ч го 0 ч ч Sc ч о о 0 го го 0 со S о о Т5 0 го S о 03 го

о го S ч го л ч Q << X го л (JI 0 о о го го о го л о 0 го ч ч го л о го Е 03 со - X го ч го S S о

го 0 S го 0 0 <1 0 S го 0 (JI а го л со X о а 0 ь о X 0 го s 0 го S о 0 0 а го го л о ч Е Jn го го

S ЕЗ л S ЕЗ ГО оэ го 0 0 о ГО (JI о о 0 о л Q ч го го о 5 в го о 0 S л ь оэ го 0 го го о л о

S 0 S ч го В го ч S ч го го S 0 го го 0 о го го 0 го ч го Е ч S 0 \ го о го S о 0

X Е X Е ЕЗ Е о 0 го X го V" ЕЗ го го о л о 0 аз о л о го S го о 0 л о го о го л S 0 - 0 го го а Н1 id X

о 0 и о 0 0 го Sc го 0 S 0 Е о л о го о со 0 го л о X о Е со S 0 л го го X 0 0 л 4^ со го

03 ГО 03 ГО Л О S го о С_| Л << 0 го л л о со Е л S го о о л го 0 0 го го а 03 (JI о го 0 сл 0 го

го О го Ч S го го го S 5 го о 0 0 g 0 Е 0 0 S S л а Sc о X 5^ го го SC 0 ч го л 03 л _р

Sc 0 Sc 0 го б 0 о го о го << 0 о го 0 го 0 ^1 го S 0 го со го S о X \ X ч о X X о Е S

о S о S S о о << 0 ш го S о ч Е S го 0 ч 0 го со 0 п 0 S Е го 0 Е ь л ' CD го 5 03 Е го гл ч Г) о

I го

CD ГО

s

о

а

0 ь х го 0

1 I

Л

0

В

0

л

1

о

Sc

ГО

л

в

0

X

ГО

О

ь

о

го

S

Sc

ГО

л

0

ь

го

0

л

S

в

0

ь

го

го

о

Sc

а го

ГО ГО В го

О 0

X

X

ь ь

0 ГО

го

в

0

го

го го

О 0

о s л ч х

- го ..

ГО 0 ГО

ГО ГО 0

го ГО |-3

X го 0

0

го го О Го 0

ь

X ГО ГО о 0

Е О »■§ о 5<

го

го

, о Й а 0 0 а с Ь 5 S S л •>

го

S го

и X

• го о ь о го S Sc

го

л

0

ь

го

0

л

S

в

0

ь

го

го

о

Sc

X

го а го

S tf го

Го го

0 е го

Го о го

о го S

ГО ГО

о X

Го ь го

0 Го

л

0 0

- ^ ГО 0 0 ГО

ь

ГО ь ° в а) а 0 а о3 ГО о ГО ГО тз S 0 0 го

о а л 0 а ■ о

'_• ■ в

^ 0 S S го го тз

ГО Го в 0

го

о го

|-3

0 о О

го 2

Го О Е

ГО ГО О

го X го

° Го ГО

S Е

X Л

л о

л со о

0 а

го о3

о S 0

ч Е

о X о

го о Е

го ч

го о о

X Sc ч

го о

со S го

о со го

id го го

0 X

о

го Е со

S 0 о

03 го id

S го

го о

о id л

о S о

го о л

го о

со 0 Е

л о

го о

л го о

о го о

л 0 о

0 л

о 03 Е

о 0 S

0 го л

л о

о го со

ч 03 0

о го го

ч 0 го

0 го го

S S 0

со го

0 id

го со о

S

го го Е

0 о

ГО д

S О

? 3

ь

го

Л го

о ч

ГО 0

го

ГО СО

Го о

го а

0 43

Ь 0

2 01 ГО 0

S Ч ГО 0

го го

° п ГО Го

X Е го

го о го а В о3 0 0

0

го

0 а го го

го

5 ^ ь ^ 0 0

го в

о о

а го

Л G 0 JE

03 ГО

О 2

Го Е 0 Го

0 S 0 0 л

о л го 0

ч о л го л

го со о о S

0 а 0 SC

го S го

о S л X го

го го о S о

о со го 0

S ч 0 л го

о 0 го S X

го S о S

и 0 го го

о 0 го го

ч о ч

0\° го 0 Sc 0

л X >

о о го о

ч S о го о

о S S о

о X о о X

а о го ч л

£ id S го 0

0 S S S го

го S го

о о о 5

а ч

о го л

а 0 0 о

о3 а со

0 го о о

Е 0 ч 5

0 го го

— 0 S со

S Е

о S о о

ч 03 ч о

о 0 о го

го л го X

о S го S

со о го

го X о

id го о

о Е со л

а X о а

0 о id л

со S

S го о о

го S го

S о S го

о ч о X

го го Е го о 5

го X S 0

0 о го го

ч 03 ч

S о о S

о о со со

го л 0 го

S X го о

ч S о

о 0 0 ч

со го Е го

го S

SC го го S

о X л

S S S

о го 0 го

го Е ч

X X 0 0

S го

го 0 го о

го л о S

ч 0 го со

го л го

> го 0 о

л го

Sc ч X

сл л го

ы S 0

л s ^

® i

го

ГО DJ ГО ГО

0 го

SC о

о го

го в

ГО 0 Л ' ' S

0 го Го

го О ГО 0

В Е

О 0 S 0 го в

го

л

S

го

го

ш ®

£ S 0 в Го S

4 0

5

го

О ЕЗ

а 2 го1 ^ ^ Е X £ 0

- 3

# Ш

ЕЗ QJ

X

го

го

ь

го

го

0 Sc Го

в ь

го л го о о со 0 0

го со

о о

ь S

о 0

го в

ЕЗ О

о ь

со

О я

ь о

0 Го

»® го

И 1-3 VO Л ^ S

<1 л

о

со

0

го

го

о

го

X

го

S

ЕЗ

О О я а 01 о

ЕЗ

0

о

го

ЕЗ

о

о

в

ЕЗ

0

го

0

го

S

0

X

S

Е

S

го

0

о

го

о

Sc

го

ЕЗ

о го

о о

го

ЕЗ

S

Е

0

го

0

го

CD

о

ь

го

го

X

о

го

го

S

го

го

ЕЗ

о

в

0

го

0

го

S

го

tf ЕЗ 0 го 0 0 со •

а х 0 ь о S Е Л СО о 0 со 0 0 Е Го

2 s Sc 0

03 0

Ш Д ¥

ГО Е ч

Е • 5

Е Го ^ Л 0

Э ° 0

О о в

о го Q

03

S

ЕЗ

w го

n S

0 -х1

Е S О m го со

0 О ГО О S Е го О

а

го

ЕЗ Е

го

ГО О О ГО 0 S со го

х о

ГО 0

го го

о х

ГО I

0 О о S Е

ь s s

О го Q

0 о го

►—I ^ Гг1

X

о о

5 О

ЕЗ гоз

л о х

(D Ь ^

0 ГО 0

Го £ Е

0 ъ S

го S го

го ^

0 tr го S го

0

Е Е

го

О ° U ]з SC Ш ГО ЕЗ S Го О Е о Е 0 S s ГО Е 03 X Sc

го _

ГО Го £

0 Л Е S S Е

а о е

О ГО О ГО ГО Е

0 о О

0 Sc Е

о

О. ч ЕЗ О 0 ~

а g

О л

го го

X о

S

л со

го О го о

Го ГО

ГО Q

Е о 0 Го Е ГО О ГО

ь X

§ ш 2 о Д Ь 0

ГО Е

0 о ЕЗ X S го

1 о

F

о

s:

CD

р

CD

го

LQ

X

‘0 0 (Г\ -Е Е О Е го го ЕЗ

го " тз о е го х о

0 0 а е

м ьз \ ЕЗ

го " X

го

ГО ЕЗ

0 0 го

0 cd s a л 0

ч s W ьА о о го

л 0 • S > ч S

0 03 и 0 0

ч го ы (JI го

Е го 1 го л

Sc л о 0

го X - со 0

0 го а to го

X S о to 0

о го го > го

S о го и ч

о л аз го 1 о

го о 0 ч to со

X о >

S 1—1 го ы го

ГО ЕЗ О S

ГО л ЕЗ О S Е

0

Л .

0

ГО

о та

И 01

Ю С

О О

Sc

Э о

а

го

03 §

0 g „ го S ЕЗ s 0 Е S ° S го s ЕЗ го

Е Ь

О 0

о со

|-3 Si 0 ГО

03

^тз со

0 ГО - 0

о

го

о

го

о

Е

S

0

го

го

о

Sc

О

S

0

ГО

О

ЕЗ

О

О

ГО

0

ЕЗ

ГО

S

S

а

<<

ь

0

о

го

х: 0 Ь ЕЗ 0 СО S S

ГО ГО ГО ГО Е О

ЕЗ О

ГО О

Е 5 го °

О Sc го

о о а ин ЕЗ О ш

S 01

2 о

ГО |_Ц

^ й

Е ГО

S ^ ЕЗ ^ О S СО

0 О ГО S го

о о Е S о О S 5^ Л S S Ь ЕЗ 0 О 0 СО О 0

о о го го

о го ГО ЕЗ S о 5^ Л

0 0

О

со £

о §

О Е 0 го

О Го

го S 03 S о Го го

го ь о о го

Л а>1

0 ю

го

Е 5*

та 5

0 ГО

л р

S \

s Го

0 СО О 0

ш о

0 ГО1