Реагентное удаление фосфатов из сливных вод Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Библиографический список

1. Захаренко А. В., Пермяков В. Б., Семёнов А. С. Перспективы развития конструкций асфальтоукладчиков и дорожных катков // Строительные и дорожные машины. 2005. №1. С.19 -23.

2. Шестопалов Л.А., Иванченко С.Н., Сидорков В.В. Основные принципы синтеза конструкции и кинематики уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика. Хабаровск, 1997.

3. Сильянов В.В., Домке Э.Р. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог и городских улиц. М., 2008. С.368.

4. Пат. 227189 РФ, МПК Е01С 19/27. Валец дорожного катка / А.В. Захаренко, В.Б. Пермяков, В.В. Белов и др. Заявл. 17.04.02; опубл. 20.04.04, Бюл. №31.

5. Захаренко А.В. Теоретические и экспериментальные исследования процессов уплотнения катками грунтов и асфальтобетонных смесей: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Омск, 2005. 46 с.

6. А.с 1565935 СССР, МПК Е01С 19/48. Рабочий орган асфальтоукладчика / В.Б.Пермягков, А.В.Захаренко, М.Н.Ахилбеков. Заявл. 03.02.87; опубл. 23.05.90.

УДК 628.3

РЕАГЕНТНОЕ УДАЛЕНИЕ ФОСФАТОВ ИЗ СЛИВНЫХ ВОД

© А.Ф. Колова1, Т.Я. Пазенко2, Е.М. Чудинова3

Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 82.

Проведены экспериментальные исследования по подбору оптимального типа и дозы реагента для удаления фосфатов из сливной воды, образующейся при механическом обезвоживании смеси избыточного активного ила и осадка на декантерах. Наилучшие результаты получены при использовании сульфата алюминия дозой 12 мг/л, что соответствует расходу 1,3 кг алюминия на 1 кг осажденного фосфора. Предложена технологическая схема очистки сточных вод и обработки осадка, включающая узел реагентного удаления фосфатов из фугата. Ил. 1. Табл. 2. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: городские сточные воды; сливные воды; фугат; фильтрат; фосфаты; реагенты; сульфат алюминия; оксихлорид алюминия; соли железа; декантеры; бишофит; струвит.

PHOSPHATE REAGENT REMOVAL FROM WASTE WATER A.F. Kolova, T.Y. Pazenko, E-М. Chudinova

Siberian Federal University,

82 Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.

The article reports on the conducted experimental researches on the selection of the reagent optimal type and dose in order to remove phosphates from the drain water produced under mechanical dehydration of surplus active sludge and sediment mixture in decanters. The best results have been obtained when using aluminum sulphate in a dose of 12 mg/l, which corresponds to the consumption of 1.3 kg of aluminum per 1 kg of precipitated phosphorus. The authors propose a process flow diagram of sewage and sludge treatment that includes a unit of phosphorus reagent removal from centrate. 1 figure. 2 tables. 4 sources.

Key words: municipal waste waters; drain water; centrate; filtrate; phosphates; reagents; aluminum sulphate; aluminum oxychloride; iron salts; decanters; bischofite; struvite.

Обезвоживание осадков, образующихся на станциях биологической очистки сточных вод, проводят как в естественных условиях на иловых площадках, так и на сооружениях механического обезвоживания. Для больших и средних городов с развитой инфраструктурой сушка на иловых площадках нерациональна. Поэтому на сегодняшний день осадки обезвоживают механическим путем, используя для этой цели вак-кум-фильтры, фильтр-прессы и центрифуги. Образу-

ющиеся при этом сливные воды (фугат, фильтрат) сбрасывают в систему канализации площадки или сразу в голову очистных сооружений. Это приводит к увеличению нагрузки по взвешенным веществам, органическим загрязнениям и биогенным элементам. Содержание биогенных элементов в сливных водах в значительной степени зависит от принятой технологии обработки осадков. Так, при сбраживании и аэробной стабилизации осадков при распаде органического ве-

1 Колова Алевтина Фаизовна, кандидат химических наук, доцент кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89504257337, e-mail: alevtina. [email protected]

Kolova Alevtina, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89504257337, e-mail: alevtina. [email protected]

2Пазенко Татьяна Яковлевна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89069737450, e-mail: pazenkotat @ yandex.ru

Pazenko Tatyana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89069737450, e-mail: pazenkotat @ yandex.ru

3Чудинова Екатерина Михайловна, магистрант кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89029169879, email: [email protected]

Chudinova Ekaterina, Graduate Student of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89029169879, email: [email protected]

щества образуются подвижные формы азота и фосфора, которые с возвратной иловой водой попадают в голову очистных сооружений. При длительном хранении ила в аноксидных и анаэробных условиях происходит высвобождение фосфора из клеток в воду и появляется необходимость в дополнительных мерах по очистке сливной воды от фосфора. Совместное уплотнение ила и осадка первичных отстойников также влечет за собой быстрое высвобождение фосфора из клеток бактерий и необходимость фиксации его реагентными методами. По тем же причинам становится неприемлемым возврат избыточного активного ила перед первичными отстойниками [1,2].

Правобережные очистные сооружения г. Красноярска в настоящее время работают по следующей схеме: сточные воды последовательно проходят решетки, песколовки, преаэратор, первичные отстойники, аэротенки, вторичные отстойники, обеззараживаются УФ-облучением и сбрасываются. В соответствии со сложившейся схемой обработки осадка весь избыточный активный ил, образовавшийся в процессе биологической очистки, подается в первичные отстойники. Осажденная смесь сырого осадка и избыточного активного ила перекачивается в резервуар, откуда насосами иловой насосной станции подается на иловые площадки. В настоящее время в стадии запуска находится цех механического обезвоживания. В качестве основного технологического оборудования для механического обезвоживания применены декантеры немецкой фирмы «Westphalia Separator». В соответствии с проектом фугат из декантеров поступает самотеком в резервуар, откуда насосами по напорному трубопроводу отводится в существующую систему хозяйственно-бытовой канализации площадки, а затем в голову очистных сооружений.

Можно предположить, что обезвоживание смеси осадка и избыточного ила будет сопровождаться большим выносом фосфатов со сливной водой (фуга-том), что приведет к росту концентрации фосфатов в сточной воде, поступающей на очистку. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что для удаления фосфора фосфатов из иловых вод, образующихся на стадии обработки осадка и возвращаемых на вход

очистных сооружений, наиболее целесообразно применение реагентного метода. Механизм химического осаждения фосфатов состоит в образовании нерастворимых металлфосфатов при взаимодействии фосфатов с солями металлов Mq, Ca), напри-

мер: Fe2 ^^ + 2H3PO4 ^ 2FePO4J, + 3H2SO4.

Согласно стехиометрии реакции на один атом железа (56 г) осаждается один атом фосфора (31 г). Соответственно на удаление 1 г фосфора фосфатов, по стехиометрии, требуется 1,806 г железа или 6,45 г сульфата железа Fe2 (SO4)3. Фактическая дозировка всегда больше стехиометрической. Отношение фактической дозы реагента (Дф) к стехиометрической (Дс) называется коэффициентом запаса. Необходимый коэффициент запаса возрастает с уменьшением остаточной концентрации фосфора фосфатов [3].

В литературе имеются данные о применении би-шофита (основная составляющая которого МдОД для удаления из сточных вод фосфатов [4]. При этом образуется струвит МgNH4PO4 и идет одновременное удаление и азота, и фосфора. Процесс образования струвита изучался в варианте как реагентного сдвига рН, так и безреагентного (с отдувкой). Рекомендуемое соотношение Мд:Р = 1,5. Сравнительные расчеты использования реагентных технологий по удалению фосфатов, проведенные Скляром В.И., Козловым М.Н. и др. [4], показали, что наименьшие затраты на реагенты достигаются при применении бишофита.

Нами были проведены экспериментальные исследования по подбору оптимального режима реагентного удаления фосфатов из сливной воды. Эксперимент проводили по следующей методике: при откачке осадка из первичных отстойников отбирали 10 л смеси осадка и ила, отстаивали в течение 6-8 часов, сливали воду, отделившуюся от осадка, определяли в ней содержание фосфатов и подвергали реагентной обработке. На первом этапе исследований в качестве реагентов использовали хлорное железо ^ОД, сульфат железа (FeSO4), сульфат алюминия (Аl2(SO4)3) и оксихлорид алюминия (ОХА) с соотношением Al/Cl 1,74. Диапазон доз был выбран в соответствии с рекомендациями СП 32.13330.2012 п.9.2.5.7. Реагенты вводили в виде растворов, содержащих 1 мг

Таблица 1

Влияние типа и дозы реагента на эффективность удаления фосфатов_

Реагент Доза реагента, мг металла/л Содержание фосфатов, мг РО4-3/л Эффективность удаления фосфатов, %

FeCla 10 13,5 50,2

24 5,0 81,5

30 2,5 90,8

FeSO4 10 20,0 26,2

24 17,5 35,4

30 17,0 37,3

Al2(SO4b 5 13,5 50,2

12 следы 100

20 следы 100

ОХА 5 20,0 26,2

12 20,0 26,2

20 15,0 44,6

Таблица 2

Влияние добавок ЩО^ и рН на эффективность удаления фосфатов и азота аммонийных

солей из сливной воды

Доза МдС12 (по Мд+2), мг/л 10 15 17 17 17 17 20 25

Соотношение Р/ Мд, ед 1/0,86 1/1,3 1/1,5 1/1,5 1/1,5 1/1,5 1/1,7 1/2,2

рН, ед 8,87 9,11 7,3 8,85 7,98 9,97 9,37 9,32

С (РО4 з ), мг/л 10 7,3 27,7 6 17,7 8,3 3,3 7

С N^4+ ), мг/л 50 49 48,4 50,1 - - 50 49,4

Эффективность удаления азота аммоний- Снижения концентрации азота аммонийных солей практически

ных солей, % не происходит

Эффективность удаления фосфатов, % 71,2 79 20,2 82,7 49,1 76,1 90,5 79,9

железа или алюминия в 1 мл воды. После реагентной обработки воду отстаивали в течение 2-х часов и определяли в ней содержание фосфатов. Исходное содержание фосфатов в сливной воде во всех опытах составило 27,1 мг РО4-3/л (или 9,0 мг Р/л).

Результаты эксперимента приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, наиболее эффективно применение сульфата алюминия дозой 12 мг Al/л. Это соответствует рекомендуемому сводом правил 32.13330.2012 соотношению: 1,3 кг алюминия на 1 кг осажденного фосфора.

Следующим этапом исследований стала обработка сливной воды МдС2.

Эксперимент проводили по следующей методике. Определяли содержание фосфатов и аммонийного азота в холостой пробе (без добавления реагента). Сливную воду обрабатывали раствором МдС2, отстаивали и в осветленной воде определяли содержание фосфатов и аммонийного азота. Исходное содержание фосфатов в сливной воде во всех опытах составило 34,75 мг РО4-3/л (или 11,6 мг Р/л), азота аммонийных солей - 50 мг/л, рН 7,3. Соотношение фосфора к магнию варьировали от 1/0,86 до 1/2,2. При одной и той же дозе магния (17 мг/л) рН меняли в пределах от 7,3 до 9, 97. Результаты исследования приведены в табл. 2.

Как видно из приведенных в табл.2 данных, максимальное удаление фосфатов наблюдается при обработке сливной воды MgCl2 в дозе 20 мг/л при рН 9,37. При увеличении рН эффективность удаления фосфатов возрастает. Снижения концентрации азота аммонийных солей во всех опытах не наблюдалось.

Считаем, что технология обработки сливной воды нуждается в дальнейших исследованиях и предлагаемая технологическая схема включает использование в качестве реагента сульфата алюминия. При обработке сливной воды сульфатом алюминия в дозе 12 мг/л можно достичь практически полного удаления фосфатов из сливной воды и исключить увеличение нагрузки по фосфатам на очистные сооружения при введении в

эксплуатацию цеха механического обезвоживания.

Рекомендуемая технологическая схема очистки городских сточных вод и обработки осадков приведена на рисунке.

св

решетка -песколовка -

1 +

преаэрагор +

первичные _

отстойники +

-»-аэротенк

вторичные отстойники

УФО

I

сброс в водный объект

сливная вода

-оторосы на полигон ТЪ О - песок в отвал

^ смесь избыточного ила и сырого осадка

I

центрифугирование

фугат

I

резервуар реагент

смеситель

вертикальный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования

_I I

осадок

Технологическая схема очистки городских сточных вод и обработки осадка

Как показали исследования, при обработке сливной воды сульфатом алюминия в дозе 12 мг/л по вышеприведенной схеме можно достичь практически полного удаления фосфатов из сливной воды и исключить увеличение нагрузки по фосфатам на очистные сооружения при введении в эксплуатацию цеха механического обезвоживания.

Библиографический список

1. Соловьева Е.А. Очистка сточных вод от азота и фосфора. вод: справочное пособие. СПб., 2008 (приложение к журналу Водопроект-Гипрокоммунводоканал. СПб., 2009. «Вода: технология и экология»).

2. Мишуков Б.Г., Соловьева Е.А., Керов В.А. и др. Техноло- 3. http://kreal.spb.ru/o_kompanii/stati_publikacii/metody_ochistki гия удаления азота и фосфора в процессах очистки сточных _gorodskih_stochnyh_vod_ot_biogennyh_jelementov/

4. http://topreferat.znd te.ru