Экология/4 Промышленнная экология и медицина труда

к. т. н., Келль Л. С.

ГУП “Водоканал СПб”

Внедрение технологии биологической дефосфотации UCTK .

Фосфор, содержащийся в сточных водах является основным биогенным элементом, вызывающим антропогенную эфтрофикацию природных водных экосистем. В частности, увеличение содержания фосфора в водных экосистемах вызывает бурное развитие (цветение) сине-зеленых водорослей, многие виды которых являются азотфиксирующими организмами и поэтому их развитие лимитируется именно содержанием фосфора в растворе. В свою очередь “цветение” сине-зелёных за счёт выделения токсинов и создания аноксидных зон ведёт к деградации и гибели водных экосистем ( Одум, 1975г. ).

К настоящему времени разработаны и достаточно широко применяются при очистке сточных вод технологические методы биологической дефосфотации. Принцип биоудаления фосфора основан на жизнедеятельности микроорганизмов, в частности acinetobacter, которые способны аккумулировать больше фосфора, чем нужно на прирост - так называемое «жадное поглощение». Acinetobacter (фосфатаккумулирующие организмы – ФАО) обычно присутствуют в активном иле, но в незначительных количествах. Чтобы эти микроорганизмы начали играть свою полезную роль, необходимо обеспечить их низкомолекулярными летучими жирными кислотами (ЛЖК), которые служат субстратом для них, и создать условия, при которых они способны использовать ЛЖК эффективнее других микроорганизмов, находящихся в биценозе.

Для увеличения содержания ЛЖК в поступающей на биологическую очитку воде проводят процесс сбраживания (ацидофикации) сырого осадка. Затем сточные воды, обогащенные ЛЖК, подают в процесс биологической очистки, предусматривающий анаэробную зону, где ФАО способны потреблять ЛЖК, используя при этом энергию полифосфатных связей. ( Баженов, Денисов 2009 http://www.pump.ru/information/publications/Articles/EPR%202-2009%20Bazhenov.pdf / )

Одним из наиболее распространенных технологических решений биологической дефосфотации сточных вод является процесс UCT (University of Cape Town), а также его модификации.(См. рис.).

Рис. Технологическая схема UCT-процесса.

Данный технологический процесс имеет следующие особенности: возвратный активный ил перекачивается из вторичных отстойников в аноксидную зону, при этом кроме нитратного рецикла осуществляется внутренняя рециркуляция ила из аноксидной зоны в анаэробную зону. Что позволяет избегать попадания свободного и связанного кислорода (нитратов) в анаэробную зону (Данилович и др.).

Однако, применяющиеся способы биологической дефосфотации позволяют удалять общий фосфор при биологической очистке бытовых сточных вод лишь до концентрации 1 мг/л. Более глубокое удаление фосфора достигается применением химических коагулянтов (Дегремон, 2007 г.).

Для более глубокого биологического удаления фосфора и азота из раствора, процесс сбраживания (ацидофикации) осадка на ЛЖК и процесс их аккумулирования ФАО ведут совместно в зонах “дозревания” (технология UCTK - University of Cape Town - Kell). (Келль, 2010; патент )

На Сестрорецкой станции - СКС удаление фосфора из хозбытовых сточных сточных вод производится комбинированным методом – биологическим и химическим. Для биологического удаления используется технология UCT (University of Cape Town). Также применяется химическое удаление – сульфат железа Ферикс-3, (10% водный раствор). При этом доза реагента составляет в среднем 35г/м. куб. ( Беляев и др. 2008 г. ).

В 1У кв. 2010г. проведены работы по внедрению технологии UCTK на СКС. С этой целью в первых числах октября были организованы зоны “дозревания” в каждой из двух работающих секций аэротенка (см. фото 1).

Фото 1. Зона “дозревания” в секции аэротенка.

Среднедекадные показатели работы сооружений за контрольный (июль – сентябрь) и опытный (октябрь-декабрь) периоды приведены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели работы Сестрорецкой станции во II полугодии 2010 г.

		БПК5	ХПК	Фосфор фосфатов	Фосфор общий	Азот нитратов	Азот аммонийный	Азот общий	Ферикс - 3
		мг\л	мг\л	мг\л	мг\л	мг\л	мг\л	мг\л	г/м.куб стоков
Июль	Поступающий ссток	90	230	1,6	3,5	0,17	18	20,6	20,80
	Очищенный сток	1,8	27	0,56	0,81	7,4	0,32	8,7
Август	Поступающий сток	54	150	1,3	2,2	0,19	15	16,8	30,02
	Очищенный сток	2,0	13	0,39	0,71	6,9	0,40	8,9
Сентябрь	Поступающий сток	52	130	1,2	2,2	0,24	16	17,2	31,25
	Очищенный сток	2,0	24	0,31	0,44	8,0	0,38	8,8
Октябрь	Поступающий сток	110	300	2,3	3,9	0,28	26	29	25,36
	Очищенный сток	2,6	20	0,28	0,45	7,7	0,87	10,4
Ноябрь	Поступающий сток	46	120	0,90	1,7	0,42	14	15,8	5,27
	Очищенный сток	2,4	21	0,08	0,12	4,6	0,73	6,2
Декабрь	Поступающий сток	76	210	1,2	2,8	0,18	18	23,3	0,00
	Очищенный сток	2,1	28	0,05	0,09	4,6	1,3	8,2

Как следует из приведённых в таблице 1 данных (июль – сентябрь) применение технологии UCT (University of Cape Town) на Сестрорецкой станции позволяет достигать новые нормы ХЕЛКОМ по общему фосфору 0,5 мг/л лишь при применении коагулянта – Ферикс 3 в количестве 30 – 35 мг/л.

Организация зон “дозревания” в начале октября 2010г., т. е. внедрение технологии UCTK (University of Cape Town - Kell), позволяет после автоселекции биоценоза активного ила, достигать новые нормы ХЕЛКОМ по общему фосфору 0,5 мг/л без применении коагулянта и с достаточно большим запасом.

Определение содержания фосфора фосфатов и ЛЖК в фильтрованных пробах поступающей в аэротенк сточной воды и культуральной жидкости непосредственно в зоне “дозревания” показало, что на входе в аэротенк фосфор фосфатов составлял 1,2 мг/л, в зоне “дозревания” – 155 мг/л; ЛЖК соответственно – 1,6 и 4,6 мг.экв/л ( Келль, 2011 ).

Таким образом, в зоне “дозревания” происходит не только процесс высвобождения фосфора, что указывает на активную жизнедеятельность ФАО, но и процесс ацидофикации, поставляя ЛЖК непосредственно в зону их аккумуляции фосфатаккумулирующими организмами с использованием энергии полифосфатных связей. При этом в отличие от традиционных методов ацидофикации (Козлов и др., 2010г) не требуется выделение дополнительного оборудования на предварительную ацидофикацию сырого осадка.

С целью более глубокого изучения процесса и его оптимизации продолжены работы по внедрению способа биологической дефосфотации UCTK на Сестрорецкой станции с использованием модульной установки фирмы HACHLanger (см. фото 2).

Фото 2. Установка фирмы HACHLanger.

Данная установка позволяет в режиме реального времени контролировать состав стоков по следующим параметрам: фосфор фосфатов, азот аммонийный, азот нитратов, растворённый кислород, температура, калий, рН, уровень осадка в отстойнике.

В частности на СКС при отработке оптимального режима способа биологической дефосфотации с зонами “дозревания” (UCTK: University of Cape Town – Kell) - особенно актуальным является круглосуточное определение в очищенной воде, сбрасываемой в водоём, фосфора фосфатов, азота аммонийного каждые 10 минут и азота нитратов каждые 5 минут, производимого установкой фирмы HACHLanger.

За период испытаний (апрель-май 2011г.) установка позволила отработать технологические параметры процесса биологической дефосфотации с зонами “дозревания” (UCTK) в значительно более короткие сроки и меньшим количеством проведённых лабораторных анализов (см. графики на рис. 1 и 2).

Рисунок 1. Изменение фосфора фосфатов с 26.04 по 03.05 2011 года (интервал круглосуточного определения 10 минут).

Рисунок 2. Изменение фосфора фосфатов с 09.05 по 16.05 2011 года (интервал круглосуточного определения 10 минут).

Как видно из приведённых на графиках данных, в начальный период испытаний (рис.1) колебания концентраций фосфора фосфатов на выходе с очистных сооружений значительно выше, чем в конечный (рис. 2).

Показатели работы Сестрорецкой станции за май месяц без применения коагулянтов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Декадные показатели работы Сестрорецкой станции за май 2011 г.

		БПК5	ХПК	Фосфор фосфатов	Фосфор общий	Азот нитратов	Азот аммонийный	Азот общий
		мг\л	мг\л	мг\л	мг\л	мг\л	мг\л	мг\л
04.05. 2011г.	Поступающий ссток	120	410	1,3	3,3	0,50	21	25,6
	Очищенный сток	3,3	49	0,05	0,15	7,5	0,96	8,9
18. 05. 2011 г.	Поступающий сток	120	280	2,9	4,8	0,25	55	64,8
	Очищенный сток	2,6	22	0,22	0,24	6,0	2,1	9,6
25. 05. 2011 г.	Поступающий сток	46	160	1,6	2,5	0,11	20	22,3
	Очищенный сток	3,2	22	0,19	0,25	3,0	1,2	8,2
Среднее за май	Поступающий сток	100	280	1,9	3,5	0,29	32	37,6
	Очищенный сток	3,0	31	0,15	0,21	5,5	1,42	8,9

В Ы В О Д Ы.

1. Способ UCTK позволяет гарантированно снижать содержание общего фосфора в хозбытовых сточных водах при их биологической очистке до новых норм ХЕЛКОМ без применения коагулянтов.

2. В отличие от традиционных методов ацидофикации не требуется выделение дополнительного оборудования на предварительную ацидофикацию сырого осадка.

3. Способ может быть внедрён на действующих станциях биологической очистки.

4. Использование модульной установки фирмы HACHLanger позволило при внедрении способа биологической дефосфотации с зонами “дозревания” (UCTK) на Сестрорецкой станции отработать технологические параметры процесса в значительно более короткие сроки и меньшим количеством трудозатрат.

С П И С О К Л И Т Е Р А Т У РЫ.

1.Баженов В. И., Денисов А. А. Проектирование современных комплексов биологической очистки сточных вод. Экология и промышленность России. 2009, N2 http://www.pump.ru/information/publications/Articles/EPR%202-2009%20Bazhenov.pdf

2. Беляев А. Н., Васильев Б. В., Маскалёва С. Е., Мишуков Б. Г., Соловьёва В. А. Удаление азота и фосфора на канализационных очистных сооружениях. Водоснабжение и санатарная техника. 2008, N9, с. 38-43

3. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес О.В., Шотина К.В., Ершов Б.А. Результаты работы крупномасштабных сооружений биологической очистки от соединений азота и фосфора: Сб. статей и публикаций / МГУП Мосводоканал. - М., 2008. - с. 101-119.

4. Degremont. Технический справочник по обработке воды, Санкт-Петербург, Новый журнал, т.1, 2007 г., с. 427

5. Келль Л. С. Экологические аспекты развития ноосистем в свете парадигмы самоорганизации материи. Санкт-Петербург. Астерион. 2010. 83 с.

6. Келль Л. С. Внедрение технологии биологической дефосфотации UCTK. Экология производства. 2011, N5, с. 75-77

7. Козлов М. Н., Пахомов А. Н., Стрельцов С. А., Харькина О. В., Хамидов М. Г., Ершов Б. А., Белов Н. А., Опыт эксплуатации сооружений биологической очистки сточных вод от соединений азота и фосфора; Водоснабжение и санитарная техника N10, 2010г, с. 35 – 41

8. Одум Ю. Основы экологии. Москва. Мир, 1975. 740 с. http://www.twirpx.com/file/91230/

9. Патент N 2424199, Келль Л. С. Способ биологической очистки сточных вод активным илом. Дата публикации: 20 Июля, 2011г. Бюл. N 20