РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.35

РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

С.В. Залётов*, Н.А. Залётова** * АО ФГ «Эверест», г. Москва

** Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский

Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва

Аннотация.

Биологическая очистка является основным методом очистки сточных вод на сегодняшний день и на перспективу. Обладает рядом преимуществ: позволяет удалять загрязняющие вещества широкого спектра, обеспечивает высокое качество очищенной воды. Основной целью настоящей работы была проверка возможности применения биологического процесса с использованием иммобилизованной микрофлоры для работы очистных сооружений на объектах с периодическим пребыванием людей. Исследования выполнены на лабораторной установке на реальной сточной жидкости. Высушивание образцов проводилось на открытом воздухе, замораживание — в морозильной камере. Показано, что на высушенном и/или подвергшемся замораживанию носителе,

Ключевые слова:

биологическая очистка, органические вещества, аммоний, аэротенк, носитель иммобилизованной микрофлоры, высушивание, замораживание, прерывистый режим очистки. История статьи: Дата поступления в редакцию 19.02.21

Дата принятия к печати 22.02.21

прикрепленная микрофлора сохраняется.

При восстановлении подачи сточной воды весьма быстро возобновляется биологический процесс очистки. Полученные результаты позволяют рассматривать процесс биологической очистки с иммобилизованной микрофлорой пригодным для прерывистых условий его применения.

Введение

Биологическая очистка — основной метод очистки сточных вод. Этот метод достаточно хорошо изучен при применении для хозяйственно-бытовых сточных вод. Биологическая очистка применяется для сооружений любой производительности — от установок индивидуального пользования (1-3 м3/сут.) до огромных очистных сооружений производительностью до 3000000 м3/сут. (Курьяновские и Люберецкие сооружения г. Москвы). Метод биологической очистки универсальный — позволяет удалять практически все виды загрязняющих веществ (органические и взвешенные вещества, биогенные вещества, металлы, сложные органические соединения и др.). Однако эффективность удаления отдельных загрязняющих веществ в ходе биологической очистки различается, и по отдельным ингредиентам не всегда удовлетворяет современным требованиям к сбросу сточных вод в водные объекты. Для повышения эффекта очистки биологический процесс может быть модифицирован, благодаря чему расширятся его возможности повышать изъятие отдельных загрязняющих веществ. Так введение в технологическую схему анаэробных процессов позволяет обеспечить большое количество технологических схем с глубоким изъятием биогенных веществ — соединений

03

г

м О

-I

м

Э СО

и

0 ^

и

в 4

<и о

О. £0

1 !

§1

^ и

3 5

ГО Н

а и

. 5

< 2

Сй О

о >5

I- О

Г °

< Т ГО 5 . IX о

Сй ю

О к

н

ГО СО

и

5

I

Щ

I

(и

С

азота и/или фосфора [1-3]. Оборудование сооружений биологической очистки носителями для иммобилизации микрофлоры позволяет сократить время очистки, т.е. ускорить процесс очистки, повысить глубину очистки от органических веществ и обеспечить повышенное удаление соединений азота [4-6]. Вариант эффективной биологической очистки для непрерывной работы был разработан в ходе исследований иммобилизованной микрофлоры [6]. Эффективность работы с применением разработанной технологии подтверждена на практике [7, 8].

Применение биологического процесса очистки сточных вод связано с выполнением определенных условий. Прежде всего, это необходимость в практически непрерывной (без длительных перерывов) подаче на очистку сточной воды. При длительном перерыве нарушается режим питания работающей микрофлоры, биологическая очистка переходит в режим самоокисления с минерализацией активного ила.

Характерной особенностью работы ступени биологической очистки является относительно большое время введения сооружений биологической очистки в эксплуатацию. Проведение технологических наладочных работ занимает до 3-х месяцев. Особенно сложен и длителен процесс введения сооружений биологической очистки в эксплуатацию в холодное время года или в холодных климатических условиях.

Именно недопустимость работы сооружений биологической очистки с продолжительными перерывами и длительная пуско-наладочная процедура являются существенными препятствиями для применения биологического процесса для очистки сточных вод огромного числа объектов с периодическим пребыванием людей. К таким объектам можно отнести многочисленные объекты пребывания на отдыхе: детские оздоровительные лагеря, туристические базы, кемпинги, лыжные базы, а также, вахтовые поселки в нефтяной и газовой промышленности; при строительстве и для геологоразведки; на транспорте и на предприятиях связи в лесной промышленности и др.

Для выполнения необходимых санитарных и экологических требований на объектах периодического пребывания людей необходимо:

- исключение сброса неочищенных сточных вод;

- обеспечение отвода и очистки сточных вод;

- быстрый ввод в рабочий режим очистных установок;

- стабильная и надежная работа сооружений по очистке сточных вод;

- простое управление сооружениями, включенными в технологическую схему очистки сточных вод, доступное для реализации недостаточно квалифицированным персоналом, (высококвалифицированных специалистов для обслуживания очистных сооружений для каждого объекта с периодическим пребыванием людей) просто не предполагается.

В настоящее время считается наиболее перспективным применение сооружений, технологическая схема очистки которых базируется на использовании методов физико-химической очистки. В технологическую схему включаются: отстаивание, обработка сточной воды реагентами и/или флокулянтами, флотация, фильтрование на зернистых или сетчатых фильтрах, и пр. [9-11]. Технологические схемы с таким комплектом сооружений не удовлетворяют отдельным современным требованиям, в частности, удалению соединений азота.

Целью настоящих исследований явилось определение возможности использования технологии биологической очистки с иммобилизованной микрофлорой для условий работы сооружений на объектах с периодическим пребыванием людей. В задачу экспериментальных работ входило выявление динамики восстановления работоспособности прикрепленной микрофлоры после длительных (в течение нескольких месяцев) перерывов в подаче сточной воды. Оценивалось влияние высушивания и замораживания образцов носителя с иммобилизованной биопленкой на возможность восстановления работы системы биологической очистки.

Материалы и метод

Исследования проведены на двух моделях аэротенков — колонках из органического стекла емкостью по 4 л. Модели аэротенков имеют носители прикреплённой микрофлоры из вспененного синтетического

материала, имеющего разную форму элементов — форму кусков (носитель 1 типа) и шнуров (носитель 2 типа). Суммарная геометрическая площадь поверхности элементов, помещенных в модели аэротенков, была примерно одинаковой. Колонки оборудованы мелкопузырчатой подачей воздуха. Количество подаваемого воздуха не лимитировало биологический процесс очистки сточных вод. В каждую колонку направлялись сточные воды из системы канализации города. В колонках устанавливался стабильный режим биологической очистки. Затем емкости опорожнялись и в течение длительного времени носитель высушивался. Состав бактериальной флоры высушенного носителя исследовался микробиологическим посевом. Использовались общепринятые методики посевов на твердые среды МПА (мясо — пептонный агар), КАА (ка-лийно-аммиачный агар), ЦА (цитратный агар). По изменению в ходе очистки состава очищенной воды по показателям БПК и NH4 судили об эффективности биологической очистки.

Результаты и дискуссия

Визуальные наблюдения высушенного активного ила, иммобилизованного на носителе, свидетельствовали, что в течение всего периода пребывания в высушенном состоянии биопленка хорошо удерживалась на поверхности носителя, т.е. не отрывалась и не обсыпалась. Поверхности элементов носителя сохраняли светло коричневый цвет, аналогичный цвету биопленки в рабочем режиме. Микробиологическим анализом выявлено следующее. Биопленка сохраняла свой качественный состав, несмотря на долгое нахождение в высушенном состоянии. Стоит сказать, что несколько менялось соотношение отдельных групп микроорганизмов.

Затем подача сточной воды в модели аэротенков с высушенным носителем была восстановлена. Аэротенки были введены в предшествующий режим биологической очистки с подачей исходной сточной воды. На рис. 1 можно увидеть динамику восстановления очистки сточных вод от соединений азота (кривая 1). Для сопоставления приведена динамика удаления аммония солевого при использовании исходного носителя. Повторное использование в моделях аэротенков высушенного носителя с иммобилизованной биопленкой позволило восстановить процесс изъятия аммония солевого в течение более короткого периода времени, чем при использовании нового носителя. На рис. 1 представлены данные, характеризующие динамику восстановления способности высушенной иммобилизованной микрофлоры окислять аммоний. Восстановление способности окислять аммоний происходит значительно быстрее, чем формирование микрофлоры на новой загрузке (кривая 2). Кроме того, в случае повторного использования высушенного иммобилизованного ила исключается фаза повышения исходных концентраций аммония на первом этапе введения установки в режим очистки.

В двухмесячном эксперименте проведена специальная серия опытов для оценки воздействия отрицательных температур на иммобилизованную микрофлору. В ходе эксперимента из действующей установки извлечены по десять образцов носителя. Образцы помещены в морозильную камеру при -20 оС. Через каждые 10 суток пребывания в камере очередной образец пробы подвергался микробиологическому анализу. Установлено, что, несмотря на длительное воздействие отрицательных температур на прикрепленную биопленку, в ней обнаруживались представители всех групп микроорганизмов, характерных для рабочего режима. Интегральный показатель роста бактерий, подтверждающий сохранение общей активности микроорганизмов при воздействии отрицательных температур, приведен на рис. 2.

и

Z н

Û -I н

D CD

u

0 ç

<u

<U о

Q. to

1 !

§1

s и

I s

го H

IL U

. S

< s

CÛ О

I- О

IT °

< T fO S . IX о , s m ю О к

H

fO CÛ

и

s

I

(U I (U I s

с

Рис. 1. Эффективность удаления аммония солевого после высушивания биопленки: 1 — высушенная загрузка; 2 — новая загрузка

Из рисунка видно, что от недели к неделе при воздействиях отрицательных температур показатели суммарной интенсивности роста бактерий несколько менялись, но оставались достаточно высокими и близкими между собой.

В рассмотренных выше экстремальных условиях биопленке, по-видимому, помогает выживать, так называемая «самоаэрация», т.е. потребление микроорганизмами растворенного кислорода и водяных паров, находящихся в закрытых ячейках вспененного материала, через стенки ячеек, представляющие собой мембраны. Водяной пар или воздух проникают в ячейки гранул полистирола при вспенивании.

о 1 2 4 6 10

Время отбора проб, нед

Рис. 2. Показатель суммарной интенсивности роста бактерий при воздействиях отрицательных температур при различных формах загрузок: 1 — нити; 2 — куски

Заключение

Интенсивное восстановление работоспособности иммобилизованной микрофлоры после экстремальных условий пребывания (периода высушивания или воздействия отрицательных температур) позволяет рассматривать технологию биологической очистки не только для постоянно действующих сооружений, но и для установок биологической очистки для прерывистого режима эксплуатации для установок с сезонным пребыванием людей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Захватаева Н.В., Шеломков А.С. Активированный ил как управляемая экологическая система. Москва. Экспо-Медиа-Пресс, 2013. 286 с.

2. Хенце М. и др. Очистка сточных вод, Изд. «МИР», М. 2006. 471 с.

3. Сироткин А.С., Панкратова М.В., Шулаев М.В. Современные технологические концепции аэробной биологической очистки сточных вод. Казань, 2002. 163 с.

4. «Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение» Изд. ВНИРО М. 1999 г.

5. Постановление РФ от 15 сентября 2020 г. № 1430 Москва «Об утверждении технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием систем водоотведения поселений и городских округов».

6. Залетова Н.А. Очистка городских сточных вод от биогенных веществ (соединений азота и фосфора). дисс. на соиск уч. степ. д.т.н., 1999.

7. Залетова Н.А., Залетов С.В. Совершенствование технологий очистки городских сточных вод для повышения качества очищенной воды. Москва. Журнал «Сантехника». Москва. № 6. 2012. с. 38-44.

8. Залетова Н.А., Залетов С.В. «Контус»® — установка полной заводской готовности для глубокой очистки сточных вод». Журнал «Водоснабжение и канализация». № 5-6. 2014, с. 72 — 76.

9. Тавадзе З.Ш. Установки заводского изготовления для физико-химической очистки сточных вод малых населенных пунктов, Автореф. дис. на соиск. уч. степени к.т.н., Москва, 1982 г.

10. Гервиц Э.И., Тавадзе З.Ш. Технологические параметры установок малой производительности физико-химической очистки сточных вод. Научные труды АКХ им. К.Д. Памфилова, вып. 164, ОНТИ АКХ, Москва, 1979. 59-67 с.

11. Луценко Г.Н., Цветкова А.И., Свердлов И.Ш. Физико-химическая очистка городских сточных вод. Строй-издат, Москва, 1984. 88 с.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

С.В. Залётов, Н.А. Залётова. Расширение пределов применения биологической очистки сточных вод. Системные технологии. — 2021. — № 38. — С. 27—32.

EXPANDING THE SCOPE OF BIOLOGICAL WASTEWATER TREATMENT

S.V. Zaljotov*, N.A. Zaljotova**

* J.S.C. FG «Everest», Moscow

** Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow

О

z

M

О

-I

M

D CD

u

0 s

<u

<U о

Q. to

1 J

§1

s и

3 5

ГО H

IL U

. s

< 2

tfl О

о >s

I- О

IT °

< Т ГО S . IX о

, S

СО ю

О к

н

ГО СО U

S I

(U I (U Z S

с

Abstract.

Biological treatment is the main method of wastewater treatment today and in the future. It has a number of advantages: it allows you to remove pollutants of a wide range, provides high quality of purified water. The main purpose of this work was to test the possibility of using a biological process using immobilized microflora for the operation of treatment facilities at facilities with periodic human presence. The studies were carried out on a laboratory installation on a real waste liquid. Drying of the samples was carried out in the open air, freezing-in the freezer. It is shown that on a dried and/or frozen carrier, the attached microflora is preserved. When the waste water supply is restored, the biological treatment process is resumed very quickly. The results obtained allow us to consider the process of biological purification with immobilized microflora suitable for intermittent conditions of its use.

Key words:

Key words: biological cleaning, organic substances, ammonium, aeration tank, carrier of immobilized microflora, drying, freezing, intermittent cleaning mode. Date of receipt in edition: 19.02.21 Date o f acceptance for printing: 22.02.21

УДК 628.11

СТРОИТЕЛЬСТВО ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ГОРНЫХ РЕКАХ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПОДАЧИ ВОДЫ НА ЦЕЛИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

О.Н. Зубарева*, Н.А. Шелапутина**, О.А. Стифеева*** * Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет геодезии и картографии» (МИИГАиК), г. Москва

** Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Государственный университет по землеустройству» (ГУЗ), г. Москва

*** Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва

В статье рассматриваются вопросы, связанные со строительством водозаборных сооружений на горных реках для организации подачи воды на цели сельскохозяйственного водоснабжения. Приводится информация о природных условиях горных рек. Выяснено, что данные водотоки не совсем хорошо изучены, что не позволяет в полной мере провести их классификацию. Однако их использование для целей водоснабжения является перспективным направлением, т.к. качество воды в них хорошее, и они не загрязнены сточными водами. Предлагается использовать для забора воды из горных рек схему с водозаборным сооружением берегового типа, которое включает в себя дополнительно радиальные отстойники. Это позволяет проводить дополнительное осветление воды из горных рек, которые, как правило, являются высокомутными.

Ключевые слова:

горная река, водоснабжение, водозаборное сооружение, отстойник, мутность, водоводы, каналы. История статьи: Дата поступления в редакцию 11.02.21

Дата принятия к печати 13.02.21