CC BY
22НА УЧНЫЕ СТА ТЬИ
Гидрометеорология и экология №1 2011
УДК 628.312:543:34
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА
Л.А. Альжанова Доктор техн. наук А.С. Сейтказиев
Сделан анализ методов очистки сточных вод. В статье указаны многолетние данные о содержании аммонийного азота, нитритов и нитратов в составе сточных вод г. Тараз и методах их удаления.
В настоящее время проблемы обеспечения эффективной и надежной работы систем очистки сточных вод населенных пунктов и предприятий по-прежнему остаются в центре внимания многих стран, так как, несмотря на все меры и методы, применяемые для очистки сточных вод, загрязняющие вещества продолжают поступать в водные объекты.
Выбор методов очистки сточных вод для конкретных условий водохозяйственных объектов и научно-обоснованную технологическую оценку следует производить на базе знаний о кинетике процессов очистки и гидродинамике сооружений. Выбор оптимальных технологических схем очистки воды достаточно сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в воде примесей и высоким требованиями, предъявленными к качеству очистки воды [5, 6].
Под очисткой сточных вод следует понимать, обработку сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Количество методов очистки стоков велико и многообразно, но в целом их можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические. Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным [2].
В общем виде очистка сточных вод в каждом конкретном случае, в зависимости от требуемого конечного качества продукта, может предусматривать следующие виды обработки [7]:
- предварительная очистка: включает пропускание через сито (удаление крупных твердых частиц), удаление песка и т.д.;
- первичная очистка выполняется путем седиментации, процесс может ускоряться путем применения флокулянтов, в результате флокуля-
161
ции повышается выпадаемость твердых частиц, а также выпадаемость не-осаждаемых взвешенных частиц;
- вторичная очистка с применением аэробных бактерий, обеспечивающих биологическое разрушение органических веществ, таким образом, осуществляется биологическое окисление взвешенного биологически разрушаемого органического вещества, растворенного в сточных водах;
- очистка третьего уровня применяется после первичной и вторичной в случае, когда в соответствии с требованиями качества, предъявляемого к очищенной воде, из нее должны удаляться питательные вещества;
- нитрификация, денитритификация, дефосфоризация: очистные процессы, в результате которых происходит превращение органического азота в нитраты, разложение нитратов с образованием газообразного азота, удаление из сточной воды растворимых солей фосфора;
- дезинфекция применяется, когда требуется обеспечить полную санитарно-гигиеническую безопасность сточной воды. Методика предусматривает использование реагентов (на основе хлора озонирование, обработка ультрафиолетовым облучением).
За последние несколько лет значительно возросло применение мембранных технологий, что объясняется развитием природоохранной деятельности, а также разработкой новых, и более доступных мембран [4]. Предполагается, что рост применения мембран будет продолжаться и в будущем.
В области совершенствования технологий ультрафильтрационной очистки, одной из самых перспективных и наиболее динамически развивающихся областей науки и техники является технология мембранного биореактора (МБР). МБР - комбинированный процесс, объединяющий биологическую очистку и мембранную фильтрацию (ультра- или микрофильтрацию). В технологии МБР мембраны используются в качестве фильтра, очищающего сточную воду от взвешенных веществ, органических загрязнений и активного ила [3]. Но применение мембранных технологий для очистки сточных вод различных отраслей является очень дорогостоящим процессом.
В настоящее время биологическая очистка сточных вод получила большое распространение при очистке хозяйственно-бытовых стоков. В системе биологической очистки сточных вод используется специальная биомасса, при помощи которой загрязнения преобразуются в водную, минеральную и газовую составляющие. Первоочередной задачей биологической очистки сточных вод, является снижение: БПК (биологический пока-
162
затель по кислороду), ХПК (химический показатель), нитритов, нитратов, аммонийных солей, фосфатов.
В составе городских сточных вод содержится большое количество биогенных элементов, в том числе соединений азота и фосфора. Биогенные элементы способствуют массовому развитию водорослей, в результате чего вода становиться непригодной для хозяйственно-бытового использования. В табл. 1.. .3 представлены данные по содержанию аммонийного азота, нитритов и нитратов в сточных водах г. Тараза в период 2003... 2009 гг.
Таблица 1
Содержание аммонийного азота в сточных водах г. Тараза, 2003... 2009 гг.
& аю Месяц
Год ноо 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 № 1 16,4 10,4 12,4 14,8 - 18,6 21,2 11,6 16 18 18,4 15,2
№ 2 - 2,4 13,6 1,2 - 11,6 4,8 4,0 12,8 10,6 3,2 7,6
2004 № 1 6,8 16,4 17,6 16 22 19,6 16 18,4 13,2 18,45 18,4 18,0
№ 2 0 15,6 12 11,6 2,8 0 8 4 4,8 11,1 5,2 14,8
2005 № 1 17 17,2 15,2 19,2 - 15,4 14 17,2 16 9,6 17,2 18,4
№ 2 10,8 12 5,2 6 - 8 5,2 7,2 11,2 8,8 8 17,2
2006 № 1 12,4 18,4 16,8 12 19,2 17,2 20,8 21,2 18,4 18 18,4 20,8
№ 2 13,6 12 2 10,8 16,8 12,6 8 3,2 15,6 14,4 6,4 10,8
2007 № 1 18,8 18,8 21,2 16 20 18,8 17,2 6,8 20 16 16,4 16,0
№ 2 8 6,4 12 12 14 14,4 4 4,4 6 9,2 13,6 18,8
2008 № 1 19,2 18,4 20,8 16 17,2 16,6 19,2 20 20,8 20 18 18,0
№ 2 15,2 6,8 10,4 10 10 10,4 12 11,2 10 6,4 10,8 10,0
2009 № 1 19,6 20 20,8 20 18 18 20 17,8 18,2 18,6 18,8 17,6
№ 2 15,6 10 10,4 10,8 15,6 10 12 12,5 10 8,8 7,6 9,2
Примечание: Точка №1 - вход на поля фильтрации; точка №2 - последняя карта полей фильтрации.
Содержание нитритов в сточных водах г. Тараза, 2003
Таблица 2 ..2009 гг.
Год Пункт отбора проб Месяц
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003
2004
2005
2006 2007
№ 1 № 2 № 1 № 2 № 1 № 2 № 1 № 2 № 1 № 2
0,15 0,35 - 0,5 0,4 0,025 0,9 0,8
0,2 0,4 0,4 0,6 1,5 0,5
0,75 0,55 0,4 0,8 1,2 0,7
0,65 1,1 0,2 0,95 0,45 1,8 0,05 0,95 1,1 0,8
0,3 - 0,8 1,85 0,55 0,45 1,06 0,94 0,25
2,05 - 1,4 2,7 0,15 0,55 0,95 1 0,75
0,35 0,35 0,5 0,5 0,1 1,15 0,4 0,7 0,3
1 0,93 1 0,7 1 1,05 0,23 1 0,5
0,8 - 0,4 0,5 0,75 0,7 0,38 0,9 0,1
0,5 - 3,1 0,05 1,9 0,45 0,63 1,25 0,2
0,65 0,2 0,275 1,44 0,95 0,5 0,65 1,6 1,8
1,1 1,25 0,85 1,25 0,85 0,95 1 0,75 0,8
0,1 1 0,1 0,15 0,1 0,4 0,35 0,25 0,2
0,2 0,45 1,1 0,375 1,4 1,35 1,25 0,1 0,275
163
Пункт отбора проб Месяц
Год 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 № 1 0,45 0,85 0,95 1,85 1,85 0,65 0,55 0,55 1,5 1,85 1,4 0,85
№ 2 0,85 0,85 1,45 1,4 1,5 0,95 0,75 1,2 1,05 1,2 1,25 1,5
2009 № 1 0,17 1,15 0,95 1,5 1,2 0,5 1,45 1,5 1,85 1,65 1,96 0,55
№ 2 0,85 0,95 145 1,4 1,25 1,65 1,15 1,55 0,85 1,3 1,3 1,9
Таблица 3
Содержание нитратов в сточных водах г. Тараза, 2003 ...2009 гг.
Пункт отбора проб Месяц
Год 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 № 1 2 0,1 0,42 0,3 - - 0,8 1 0 18 1,1 0,75
№ 2 - 7,6 12,6 11,9 - - 8 1,2 0,025 0,2 0,5 1,15
2004 № 1 1,4 1,8 1 1,2 1,3 2,9 5,6 4,2 1,5 2,35 2,1 2,8
№ 2 11,4 1,1 1,65 1 1,1 1,4 1,5 7,6 10,5 2,25 4,2 12,4
2005 № 1 - 4 9,8 2,15 - 14 5,4 1 5 1,3 6,2 0,5
№ 2 - 4,2 12,5 9,6 - 4,8 1,5 2,4 6,2 3,7 8 1,5
2006 № 1 7,3 0,4 1,5 0,3 1,6 0,3 10,1 10,5 1 2 10,8 11,6
№ 2 12,2 6,6 6,2 1 1,7 0,2 12 11,8 2 2,3 6 5,3
2007 № 1 10 7,5 0,4 5,3 6,7 6,1 0,1 3,8 2,7 0,8 3,7 2
№ 2 4,4 3 6,6 2,2 7,5 7,2 0,01 2 3,8 6,9 5,6 3,1
2008 № 1 3,1 2,4 8 5 5,4 4,2 3,6 7 9,65 8 5,1 6,9
№ 2 3,9 1,6 2,9 1,4 2,3 5 1,6 3,2 5,3 2,3 3,7 3
2009 № 1 5,1 5,2 8 3,6 4,6 5,3 5,5 6 5,2 6 6,7 9,2
№ 2 3 4,9 2,9 9 2,8 1 2,1 2 1,1 1,8 1,6 4,5
Сточные воды г. Тараза отводятся на 12 карт первичных отстойников площадью 14 га, и далее на поля фильтрации площадью 197 га. Существующая очистка сточных вод города создает неблагоприятную санитарно-эпидемиологическую обстановку в регионе. Для улучшения экологической обстановки в районе города, необходимо строительство комплекса полной биологической очистки сточных вод. Учитывая химический состав городских сточных вод, климатические и гидрохимические условия, месторасположение очистных сооружений, можно прийти к выводу - местные условия располагают к строительству сооружений биологической очистки.
Метод биологической очистки основан на способности микробов использовать в процессе своей жизнедеятельности различные растворенные органические соединения и неокисленные минеральные соединения (например, сероводород, аммиак, нитриты), содержащиеся в сточных водах. Биологическая очистка сточных вод основана на жизнедеятельности микроорганизмов, прикрепленных к субстрату. Поступающие органические вещества в загрязненной воде последовательно минерализуются биоценозами микроорганиз-164
мов. Последние, самостоятельно поддерживают динамический баланс по массе и качественному составу в соответствии с меняющимися параметрами стока. Станции биологической очистки сточных вод (бытовых и близких к ним по составу - производственных сточных вод) могут быть использованы и как локальные очистные сооружения и в технологической цепи системы очистки сточных вод [1]. Очистка сточных вод биологическим методом осуществляется в сооружениях с прикрепленной микрофлорой (биофильтры), со свободноплавающей микрофлорой (аэротенки) или со смешанной микрофлорой (аэротенки с насадкой, биотенки). Благодаря своей универсальности и эффективности в работе наибольшее распространение получили аэрационные сооружения типа аэротенков.
Таким образом, еще раз следует отметить, что одними из самых распространенных и трудно извлекаемых загрязнений городских и производственных стоков являются мелкодисперсные (коллоидные) и растворенные органические загрязнения. Физико-химические методы их извлечения и деструкции такие, как адсорбция, реагентная обработка, использование окислителей, экстракция и др., пока еще слишком дороги и малоприменимы для больших расходов сточных вод. Поэтому самым результативным вполне может являться биологический метод, так как биологическая очистка обеспечивает деструкцию сложных органических загрязнений, осуществляемую безреагентным путем в обычных физико-химических условиях и при минимальных затратах энергии. Биологический метод является экологически чистым, т.к. углерод органических соединений в результате деструкции окисляется до углекислоты и воды, азот - до нитритов и нитратов, а живые клетки аэробных бактерий не только безвредны, но часто полезны окружающей среде.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности - М.: Химия, 1987.
2. Очистка производственных сточных вод: учебное пособие для вузов / Под. ред. Яковлева С.В. - М.: Стройиздат, 1985.
3. Поляков А.М., Соловьев С.А., Видякин М.Н. Технология мембранного биореактора (МБР) для очистки природных и сточных вод [II] // Критические технологии. Мембраны. 2009. № 1.
4. Поляков А.М., Соловьев С.А., Видякин М.Н. Технология мембранного биореактора (МБР) для очистки природных и сточных вод [I] // Критические технологии. Мембраны. 2008. № 3.
165
5. Родионов А.И., Клушин В.П., Торочешник И.С. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов - М.: Химия, 1989.
6. Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды - М.: Недра, 1993.
7. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов ЮВ. Очистка производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1985.
Таразский государственный университет имени М.Х. Дулати, г. Тараз
АЦАБА СУЛАРДЫ АЗОТ ЦОСЫЛЫСТАРЫНАН ТАЗАРТУДЬЩ ТЕОРИЯЛЬЩ НЕГ1ЗГ1 ЭД1СТЕР1Н ТАЦДАУ
Л.А. Альжанова Техн. гылымд. докторы Э.С. Сешт^азиев
Ацаба суларды тазарту эд1стер1не талдау жасалды. Мацалада Тараз цаласында ацаба суларыныц цурамындагы аммония азоты, нитрит, нитрат жэне олардан тазарту эд1стер1 туралы квп жылдыц аныцтамалар бершген.
166
