CC BY
37
УДК 66
В. В. Кирсанов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОТЫ БИООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ» С ПОМОЩЬЮ АДСОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ АКТИВНОГО ИЛА
Ключевые слова: сточные воды, биоочистка, аэротенк, активный ил, сорбция, загрязняющие вещества, состав, период,
аэрация, очистка, окисление.
Представлены результаты исследований, проведенных на модельных аэротенках, эффективности очистки производственных сточных вод по основным ингредиентам загрязнений, в том числе, соотношение концентрации растворенных и сорбированных активным илом загрязнений. Наступление равновесие между сорбцией и десорбцией загрязнителей можно использовать в качестве критерия полноты биоочистки сточных вод.
Keywords: wastewater, bioremediation, aeration, activated sludge, adsorption, contaminants, composition, period, aeration, cleaning,
oxidation.
The results of investigations carried out on the model aeration tanks, the efficiency of industrial wastewater pollution by main ingredients, including the ratio of the concentration of dissolved and adsorbed activated sludge contamination. The offensive balance between the sorption and desorption of contaminants can be used as a criterion for the completeness of bioremediation of wastewater.
Сложности в разработке высокоэффективной технологии очистки производственных сточных вод связаны с тем, что в их составе присутствуют вещества, совершенно разные по своей структуре и свойствам, обусловленные разработкой и реализацией новых технологий, реконструкцией существующих технологических процессов. Поэтому задача достижения требуемого качества очищенной сточной воды все более актуальна.
В настоящее время метод очистки сточных вод активным илом является наиболее универсальным и широко применяется как одна из основных стадий очистки сточных вод. В процессе биологической очистки в аэротенках основным технологическим параметром является период аэрации, необходимый для полного окисления загрязняющих веществ сточной воды [1]. Но в связи с тем, что состав сточных вод химического предприятия ОАО «Казань-оргсинтез» нестабилен как по составу, так и по объему стоков, необходимо найти критерий полноты биологической очистки сточных вод, позволяющий оперативно регулировать технологический процесс.
Существует метод оценки продолжительности очистки сточных вод в аэротенке и регенерации активного ила, основанный на составлении математической модели, где часть коэффициентов принимается по литературным данным, часть параметров находятся экспериментально [2]. Метод применим при стабильных нагрузках и отсутствии залповых сбросов.
В СНиП [3] существует формула расчета периода аэрации:
to
Len - Lex
Ri ■ аг{ 1 - Б)р
где Ьгп и Ьгх - величины БПК5, Ш - степень рециркуляции, аг - доза ила, £ - зольность, т.е. параметры для определения значения, которых нужно не менее 5 суток, р - удельная скорость окисления, рассчитывается с применением обобщенных коэффициентов. Но этот расчет не позволяет оценивать степень полноты очистки именно в текущий момент, т.е. применять для оперативного регулирования процесса очистки сточных вод.
Кроме того, очищенная сточная вода контролируется только по химическим показателям, что также не может служить критерием полноты очистки по указанным ниже причинам.
Как известно, структура и свойства хлопьев активного ила обеспечивают большую сорбционную поверхность [4]. Способность активного ила к биосорбции и биохимическому окислению загрязняющих веществ значительно превышает возможности природных экосистем в трансформации соединений.
Сорбционные свойства активного ила обеспечиваются наличием полимерного геля в структуре хлопьев, состоящего из полисахаридов, белков, РНК, ДНК [4], поэтому внеклеточные полимеры содержат разные функциональные группы, что создает условия для сорбции загрязняющих веществ различной природы.
В 1991 году Эйнелбут [4] показал, что в аэротенках - вытеснителях за первые 10 минут контакта активного ила со сточными водами извлекается 85-92% загрязняющих веществ, характеризующих ХПК.
В лабораторных опытах, проведенных на модельных установках с натуральными сточными водами и активным илом, было показано, что после контакта ила со сточной водой наблюдается снижение ХПК на 48-53%, СПАВов на 50-58%, фенола на 50-64%, этиленгликолей на 62-79%, причем отмечена прямая зависимость между дозой активного ила и эффективностью изъятия загрязнений - максимальная эффективность при дозе ила 4,7 г/дм3 и минимальная при 2,8 г/дм3.
Процесс сорбции сопровождается десорбцией. Это происходит, когда концентрация веществ в растворе становится меньше равновесной по отношению к первоначальному сорбированному количеству вещества и наблюдается частичная десорбция и перераспределение загрязнений между адсорбентом и раствором [4]. Что касается описанного выше процесса в аэротенках, то при анализе иловой жидкости по ходу аэротенка от начала до конца по ХПК наблюдается волнообразный характер изменения показателя (рис. 1).
-ХПК —■—Кислород Рис. 1 - Кривая распределения ХПК по длине аэротенка
Химсток
Таким образом, процесс биологической очистки в аэротенках постоянно сопровождается сорбцией-десорбцией, и равновесие наступает при уравнивании концентрации загрязнений в очищаемой воде и на поверхности хлопьев ила. Поэтому нельзя оценивать и прогнозировать качество очищенной сточной воды только на основании химических показателей, необходимо устанавливать время наступления сорб-ционного равновесия для того, чтобы исключить процесс десорбции и ухудшение качества очищенной воды. С этой целью был проведен лабораторный эксперимент по определению количества загрязнений адсорбированных и растворенных в иловой жидкости. Определяли ХПК, СПАВ, этиленгликоли в фильтрованной иловой жидкости и в фугате (надо-садочной жидкости после центрифугирования иловой смеси) отмытого буфером активного ила. Как и было показано ранее, существует зависимость между водой ила и количеством снятых загрязнений, в фугате активного ила также при больших дозах с поверхности смывается большее количество веществ. Особенно заметно такое соотношение, при сравнении СПАВ и этиленгликоля. При дозе ила 4,5 г/дм3 в фугате 1,16 мг/дм3 СПАВ, при дозе 2,7 г/дм3 - 0,56 мг/дм3. При тех же дозах ила содержание эти-ленгликолей в смыве с ила 0,87 и 0,2 мг/дм3 соответственно [6].
Рассмотрение динамики снятия загрязнений показало, что постепенно происходит уменьшение количества токсикантов в иловой жидкости и в смыве с активного ила. Но замечено периодическое увеличение загрязнений в очищенном стоке, по-видимому, связанное с десорбцией их с поверхности ила. По истечении 24 часов устанавливается равновесие в концентрации загрязнений, т.е. для нормального изъятия загрязнений необходим период аэрации не менее 24 ч.
Данные ферментативной (дегидрогеназной) активности ила подтверждают полученные выше результаты. После контакта ила со сточной водой увеличивается ферментативная активность как по отношению к сточной воде, так и по отношению к веществам, сорбированным на поверхности клеток. Далее через 3 часа активность в иловой жидкости уменьшается при дозах ила 2,7-3,4 г/дм3, что соответствует уменьшению количества загрязнений в очищаемой воде, но активность в смыве с поверхности ила убывает незначительно [6].
Очевидно, скорость сорбции больше скорости биологического окисления. В опыте с дозой ила 4,5 г/дм3 процесс десорбции отражается в подъеме ферментативной активности в иловой жидкости через 3 часа. После трех часов аэрации зафиксировано снижение дегидрогеназной активности во всех вариантах опытов. Следует отметить, что минимальные значения активности наблюдаются при дозе ила 2,7 г/дм3, что свидетельствует об отсутствии неокис-ленных субстратов, т.е. загрязняющих веществ и растворенных и сорбированных. При рассмотрении результатов определения химических показателей можно заметить, что равновесие по концентрации загрязнений также близко к оптимальному при дозе ила 2,7 г/дм3.
При низких концентрациях загрязнений более эффективно применение доз ила не более 3 г/дм3, так как микроорганизмы находятся в активном состоянии и не теряют адаптации к токсикантам. При высоких дозах ила и низких нагрузках, происходит автолиз ила, появляются легкоокисляемые соединения биологической природы, и теряется способность к окислению трудноразлагаемых соединений [4].
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что в качестве критерия полной биологической очистки сточных вод нужно принимать состояние равновесия между сорбцией и десорбцией
загрязняющих веществ при достижении минимальных концентраций, удовлетворяющих нормам сброса в водоем. Для оценки полноты окисления предлагается метод определения концентрации загрязняющих веществ в иловой жидкости и в фугате актив-
ного ила до установления сорбционного равновесия [4].
Рис. 2 - Дегидрогеназная активность ила
Предлагаемый способ определения биодеструкции в аэротенках позволяет оперативно определить полноту окисления по основным загрязнителям, например, по ХПК - за 2 часа, по СПАВам - за 1 час, по этиленгликолю - за 3 часа.
Литература
1. СНиП 2.04.03.- 85 Канализация. Наружные сети и сооружения. 1986.
2. Eihelboom D.H. The role of competition between flocform-ing and filamentous bacteria in bulking activated sludge / In:
Biological approach to sewage treatment process: current status and perspectives / Ed.P. Madoni. - Luigi Bazzucchi Auter, Perugia, 1991b, p.143-149.
3. Кирсанов В.В. Теоретические и практические аспекты биологической очистки сточных вод в аэротенках: монография / Под ред. проф. А.Н. Глебова. Казань: Изд-во Казан.гос.техн.ун-та, 2010, 264 с.
4. Кирсанов В.В. Современные технико-технологические методы защиты окружающей среды. T.I. Процессы и аппараты защиты гидросферы/ В.В. Кирсанов.- Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2012.- 496 с.
© В. В. Кирсанов - доктор технических наук, профессор кафедры общей химии и экологии КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева, заслуженный химик РТ, заслуженный эколог РФ, romanova_rg@mail.ru.
© V. V. Kirsanov - the Doctor of Engineering Sciences, professor of department of the common chemistry and ecology of Kazan National Research Technical University named after A.N.Tupolev - KAI, honored chemist of RT, honored ecologist of the Russian Federation, romanova_rg@mail.ru.
