Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Бикунова М.В., Жулябин А. Ю.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Интенсификация первичного отставания хозяйственно-бытовых сточных вод как способ влияния на эффективность работы аэротенков

Согласно данным, приводимым отечественными и иностранными авторами, от 56 до 90% органических загрязнений хозяйственно-бытовых сточных вод находятся в форме дисперсных частиц. Органические вещества, находящиеся в различном дисперсном состоянии, окисляются микроорганизмами активного ила с различной интенсивностью. Скорость окисления органических загрязнений, находящихся в форме взвешенных веществ, в 4 раза, а в форме коллоидных частиц в 2 раза ниже, чем истинно растворенных веществ.

Таким образом, повышение эффективности первичного отстаивания, позволяющее снизить в подаваемых на биологическую очистку сточных водах концентрацию взвешенных органических частиц приведет не только к уменьшению нагрузки на аэротенк, но и к улучшению качества биологической очистки сточных вод.

Снижение концентрации взвешенных веществ минерального состава в сточных водах, поступающих в аэротенк, приведет к существенному сокращению прироста ила, так как минеральные частицы практически полностью переходят в массу избыточного ила.

Сокращение прироста активного ила позволяет не только снизить затраты, связанные с его утилизацией, но и увеличить возраст активного ила (как правило до 5-7 суток), что в свою очередь существенно интенсифицирует процессы биохимического окисления аммонийного азота.

Процесс нитрификации (биохимического окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов) осуществляется нитрифицирующими бактериями, которые представляют собой автотрофные микроорганизмы (литотрофы), не требующие для своего развития органических веществ.

Эффективное окисление аммонийного азота нитрифицирующими микроорганизмами активного ила возможно только при условии

, (1)

где К_эф – технологический критериальный комплекс, характеризующий возможность протекания процесса биологической нитрификации; – удельная масса нитрифицирующего активного ила, прирастающая в единице аэрационного объема аэротенка в течение часа, ; – удельная масса нитрифицирующего ила, выносимого из аэротенка в течение одного часа, .

(2)

где К_эк – «экономический коэффициент» или коэффициент пропорциональности, характеризующий величину прироста биомассы активного ила при окислении единицы массы субстрата, ; – удельная скорость окисления субстрата беззольным веществом активного ила, ; – доза нитрифицирующего активного ила, ; – зольность ила; Т_а – возраст активного ила, сут; – коэффициент скорости роста нитрифицирующих микроорганизмов активного ила, ч^-1.

С учетом уравнений (2) технологический критериальный комплекс К_эф степени эффективности процесса денитрификации будет описываться следующим выражением

. (3)

В первом приближении при концентрации аммонийного азота на выходе из аэротенка менее 15 мг/л удельную скорость роста микроорганизмов активного ила, ч^-1, можно определить по формуле, полученной профессором А.А. Бондаревым на основе уравнения Моно:

(4)

где - коэффициент скорости роста нитрифицирующих микроорганизмов активного ила при полном насыщении фермент-субстратного комплекса, ( =0,12 ч^-1); К_С и - соответственно константы полунасыщения для кислорода воздуха и ( К_С = 2 мг/л; =25 мг/л); С и - соответственно концентрации кислорода воздуха и азота аммонийного на выходе из аэротенка, мг/л.

Используя условия (3) и (4), можно определить, что в результате повышения эффекта первичного отстаивания при реализации предлагаемой технологии и увеличения возраста активного ила с 6 до 14 суток концентрация аммонийного азота должна сократиться в 2,2-3 раза.

Промышленная апробация технологии предварительной обработки сточных вод показала, что при увеличении возраста активного ила с 6 -8 до 12-14 суток, содержание аммонийного азота на выходе из аэротенка уменьшается с 2,5-5,1 до 0,6-1,9 мг/л.

Сотрудниками Пензенского ГУАС предложена технология предварительной обработки сточных вод в вихревых гидродинамических устройствах (ВГДУ), которая позволяет реализовать следующие методы воздействия на дисперсные системы сточных вод, приводящие к потере их агрегативной устойчивости и повышению эффективности первичного отстаивания:

1. Насыщение сточных вод кислородом воздуха и повышение их Eh-потенциала;

2. Воздействие на сточные воды повышенной турбулентности, приводящей к ортокинетической коагуляции мелкодисперсных частиц;

3. Биофлокуляционная обработка сточных вод с использованием избыточного активного ила.

Насыщение сточных вод кислородом воздуха приводит к изменению значения Eh-потенциала с отрицательных до положительных значений, обусловливающих снижение электрокинетического потенциала находящихся в сточных водах мелкодисперсных загрязнений. Окончательное коагулирование загрязнений сточных вод происходит при их интенсивном перемешивании с активным илом.

Предварительная обработка сточных вод в ВГДУ с добавлением избыточного активного ила позволит существенно повысить эффективность удаления органических загрязнений и взвешенных веществ в первичном отстойнике. Понижение концентрации органических загрязнений в подаваемых на биологическую очистку сточных водах приведет не только к уменьшению нагрузки на аэротенк, но и улучшению качества сточных вод за счёт снижения доли органических загрязнений в виде мелкодисперсных частиц и, тем самым, повышению удельной скорости биохимического окисления. Снижение концентрации органических загрязнений (БПК) до значений менее 150 мг/л позволит отказаться от регенерации активного ила и сократить расход воздуха, подаваемого в систему пневматической аэрации.

Таким образом, усиление барьерной функции первичных отстойников по задержанию взвешенных веществ позволит сократить прирост активного ила, уменьшить затраты, связанные с его утилизацией, увеличить возраст активного ила и интенсифицировать процессы биохимического окисления аммонийного азота.