Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Бикунова М.В., к.т.н. Кочергин А.С., Жандаров И.М.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

К вопросу использования комбинированной схемы очистки городских сточных вод от соединений азота

Глубокая очистка городских сточных вод от соединений азота с целью предотвращения эвтрофикации водоёмов требуется в настоящее время органами здравоохранения и комитетами природных ресурсов практически повсеместно, а для этого необходимы дополнительные огромные капитальные вложения, что обуславливает остроту проблемы и актуальность ее решения.

Большой интерес представляют комбинированные схемы очистки сточных вод от азотсодержащих соединений с использованием преимуществ физико-химических и биологических методов удаления различных форм азота.

На основе анализа работы различных технологических схем биологической очистки стоков в аэротенках установлено, что при очистке городских сточных вод имеется тенденция использования одноиловых систем для удаления из воды соединений азота путем применения различных сочетаний аэробных и анаэробных условий в биореакторе, при этом достигается высокий эффект очистки стоков как по органическим примесям, так и по азотным соединениям. Отмечается, что недостатками биологических схем нитри-денитрификации сточных вод являются значительные капитальные затраты на строительство сооружений и длительность процесса. Использование физико-химической обработки сточных вод на начальных этапах очистки (прежде всего хлорирование) позволяет снизить концентрацию аммонийных ионов на входе в аэротенки и тем самым интенсифицировать процессы биологической очистки, особенно для тех стоков, в которых требуемое соотношение БПК:N не соблюдается и завышено в сторону соединений азота.

Общий анализ кинетики очистки сточных вод в аэротенках-вытеснителях КОС г. Пензы и г. Заречный Пензенской области показал, что процессы I и II фаз нитрификации идут медленно, вследствие чего не достигается требуемое качество очистки стока по аммонийному азоту и нитритам.

В связи со значительными затратами на создание денитрификаторов (или зон денитрификации) с перекачкой в них больших количеств нитрифицированной смеси сточной воды и активного ила была поставлена основная практическая задача исследований, заключающаяся в удалении большей части аммонийных форм азота в голове очистных сооружений физико-химическими методами при минимальных затратах, а также в ускорении I и II фаз нитрификации, происходящих в аэротенках-вытеснителях.

Поэтому, основное внимание при анализе современного состояния теоретических и экспериментальных исследований по удалению различных форм азота из сточных вод было уделено влиянию различных видов физико-химической обработки на изменение активной реакции и окислительно-восстановительного потенциала среды, приводящих к удалению аммонийных форм азота, а также исследованиям по интенсификации процессов нитрификации в аэротенках.

Установлено, что процесс биологической нитрификации может быть представлен модифицированными уравнениями ферментативной кинетики, учитывающими влияние на скорость реакций концентраций кислорода и активного ила, температуры сточных вод, величины рН, продуктов жизнедеятельности биомассы микроорганизмов, а также ингибирующего влияния загрязнений сточных вод.

Исследования, проведенные в НИИ ВОДГЕО, показали, что увеличение концентрации аммонийного азота негативно влияет на кинетику окисления сточной воды.

Установлено, что снизить степень торможения можно либо уменьшением концентрации азота, либо увеличением относительной концентрации фермента за счет дозы активного ила.

Показано, что с увеличением возраста активного ила до 7-10 суток и более, значительно улучшается его нитрифицирующая способность. Как известно, возраст ила находится в обратной зависимости от его прироста в аэротенке, и поэтому стимуляция активного ила, помимо устранения тормозящего действия аммонийного азота на биологическое окисление, должна обеспечивать уменьшение прироста микроорганизмов ила.

Исследованиями Бондарева А.А. было доказано, что интенсивность процессов нитрификации зависит от значения отрицательного логарифма равновесного давления молекул водорода в водной среде (rН₂), определяемого по формуле [1]:

(1)

где Еh –окислительно-восстановительный потенциал среды, В.

Оптимальное значение rН₂=21,7 для I фазы нитрификации находится в более восстановленной области, чем оптимальное значение rН₂=23,0 для II фазы нитрификации.

Таким образом, предварительная физико-химическая обработка сточных вод с повышением Еh и соответственно rН₂ среды позволяет не только снизить концентрацию ионов NH, но и создать более благоприятные условия для развития нитрифицирующих организмов II фазы и тем самым ускорить процесс глубокой нитрификации в аэротенках.

На основе анализа диаграмм Пурбе «азот-водный раствор» и «хлор-водный раствор» установлены области значений Еh (от +0,4В до +0,8В), при которых обеспечивается процесс предварительного окисления кислородом и хлором ионов NH и перевода аммонийного азота в газообразное состояние в виде N₂, N₂O и NO.

Для условий повышенных давлений при движении кислородонасыщенной сточной жидкости в трубопроводе, запишем выражение для определения изменения энергии Гиббса в виде

, (2)

где R –	универсальная газовая постоянная, R=8,314 ;
Т –	абсолютная температура, ^0К;
Ср1 –	предел растворимости кислорода в сточной воде при абсолютном давлении, р1=1·10^5 Па (атмосферном давлении), мг/л;
Ср2 –	предел растворимости кислорода в сточной воде при абсолютном давлении р2, Па.

Анализ формулы изменения энергии Гиббса для условий повышенных давлений в кислородонасыщенной жидкости позволил сделать вывод, что увеличение давления в трубопроводе при транспортировке кислородонасыщенной сточной жидкости повышает абсолютную величину и тем самым должно способствовать более быстрому протеканию термодинамически выгодных реакций удаления азота хлорированием.

На основании проведённых теоретических исследований предложена новая комбинированная технология удаления аммонийного азота из сточных вод с использованием физико-химических и биологических методов, заключающаяся в предварительном полном кислородонасыщении стоков под избыточным давлением, последующей обработке сточных вод хлорсодержащими реагентами и окончательной биологической очистке в аэротенках-вытеснителях.

Литература

1. Бондарев А.А.Биологическая очистка промышленных сточных вод от соединений азота. Дисс…доктора техн.наук.-М.:ВНИИ И ВОДГЕО, 1990.-401 с.