Очистка от оксидов фосфора и азота

Размещено на http://www.allbest.ru/

Очистка от оксидов фосфора и азота

питьевой эвтрофикация биогенный водоем

В развитых странах мира и в России подход к нормированию сброса вод как различен, так и схож одновременно. Схож - вследствие осознанной необходимости внедрения технологий, обеспечивающих удаление биогенных элементов. Различен - поскольку за рубежом нормирование учитывает существенные финансовые затраты на внедрение современных технологий поэтапного достижения соответствующего качества очищенной воды, а в России любой современный проект должен обеспечивать достижение установленных жестких норм [1, 2] для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения или для рыбного хозяйства, табл. 1.

Замедление и даже обратимость процесса эвтрофикации принципиально возможны путем прекращения доступа в водоемы биогенных элементов С, Р, N. С0₂ поглощается водой из воздуха, поэтому ограничить концентрацию углерода в воде сравнительно трудно. На общую продуктивность водоемов влияет количество и характер соединений азота и фосфора. При благоприятных условиях 1 мг азота продуцирует 20-25 мг водорослей, 1 мг фосфора -40-250 мг.

Грамотную технологическую оценку и подбор способов очистки сточных вод для конкретных условий водохозяйственных объектов следует производить на базе знаний о кинетике процессов очистки, а также гидродинамике сооружений. О последнем часто забывают, а зря, поскольку инженерное оформление современных процессов очистки сточных вод в аэротенках - это комплексное техническое решение, включающее как кинетику, так и гидродинамику процессов.

Для роста микроорганизмов активного ила содержание азота и фосфора необходимо. Каждая клетка содержит 12% азота и 2% фосфора по весу. Если благородные технологические намерения заключаются в увеличении степени удаления биогенных элементов по отношению к указанным величинам процессов обмена веществ - этот процесс очистки сточных вод называется биологическим удалением биогенных элементов. Схематически процессы удаления биогенных элементов [4, 5, 6] представлены на рис. 1.

Процесс удаления азота, как известно, связан с биореакциями нитрификации и денитрификации. Частичное окисление исходного аммония до нитритов и нитратов происходит через трофическую цепочку автотрофов: l\li-trosomonas и Nitrobacter, рис. 2. Эти автотрофы окисляют неорганические соединения азота для получения энергии:

Nitrosomonas 2NH₄⁺ + ЗО₂ -> 2NO₂- + 2H₂O + 4Н⁺

+ новые клетки,

Nitrobacter 2NO₂~ + O₂ -> 2NO₃~ + новые клетки.

На процесс нитрификации, протекающий в аэробных условиях (зона АЭР), влияют:

возраст ила;

температура (идеальные условия - 30-35 °, изменение с 20 до 10° тормозит процесс на - 30%);

КРК - концентрация растворенного кислорода (4,6 стехиометрических мг О₂ на мг окисленного I\l-NH₄);

Таблица 1. Нормирование в России сброса в водоемы биогенных элементов

Рис. 2

Электронное микроскопирование: тонкие срезы клеток Nitrosomonas europaea (слева) и Nitrobacter winogradskyi (справа). Авторство соответственно: Mary Ann Bruns (1995 г.) и W.J, Hickey, University of Wisconsin-Madison (2006 г.)

щелочность и рН (7,1 мг щелочности по СаСО3 на мг окисленного N-I\IH4, уменьшение щелочности снижает рН и замедляет нирификацию);

концентрация ингибиторов (некоторые тяжелые металлы и органические соединения).

Процессы денитрификации - это последующая за нитрификацией фаза (или одновременная с ней фаза), которая восстанавливает нитриты и нитраты в газовую фракцию N₂ и N₂O, что происходит посредством участия гетеротрофов. Процесс требует аноксичных условий (Анокс) и источника легкоокисляемых органических веществ (ЛОВ, часть БПК). Необходимо присутствие связанного кислорода (NO₂, NO₃) и отсутствие КРК:

NO₃- + ЛОВ -> газ N₂ (или N₂O) + газ СО₂ + Н₂О +ОН~ + новые клетки.

Процесс восстанавливает щелочность (из расчета 3, - 6 мг по СаСО₃) и потребляет связанный кислород (2,9 мг О₂ на мг снятого N-NO₃).

Сочетание процессов нитрификации и денитрификации в едином сооружении биоочистки способствует частичному восстановлению щелочности и экономии энергозатрат на ввод кислорода. Кроме того, зона «Анокс» является селектором, улучшающим критерий илового индекса системы, особенно если гидродинамический режим реактора приближен к вытеснителю [3].

Наиболее эффективным источником энергии и углерода (хотя может использоваться любой биологически окисляемый субстрат) для денитрификаторов-гетеротрофов является легкоокисляемая органическая фракция (ЛОВ). Для надежной денитрификации требуется ориентировочное соотношение БПК: общий N = 3:1. Реальное соотношение зависит от натурных условий и степени биоокисляемости субстрата (или исходных вод). Преобладание доли легкоокисляемой органической фракции приветствуется, поскольку увеличивает скорость денитрификации. Высокие скорости денитрификации достижимы при использовании метанола или ЛЖК (летучие жирные кислоты). Повышение температуры процесса положительно сказывается на его скорости, и, наоборот, снижение температуры, например, с 20 до 10 ° тормозит процесс на-75%.

Процесс удаления фосфора осуществляется гетеротрофами - фосфат аккумулирующими организмами (ФАО). ФАО разнообразны, при этом роль Acinetobacter наиболее ясна и описана. Содержание фосфора в биомассе обычно 3-5% по весу, но может доходить до 20%. Доля ФАО, т.о., в активном иле - это ключевой фактор, определяющий степень удаления фосфора. Для процесса дефосфатации требуется обеспечить следующие конструктивные элементы:

анаэробную зону («Анаэр») с легкоокисляемым субстрактом в форме ЛЖК;

последовательно с ней аэробную зону (АЭР) или аноксичную (Анокс) зону;

рецикл обогащенных фосфором ФАО в зону Анаэр. ФАО - это гетеротрофы, которые приспособились к условиям чередования анаэробных и аэробных условий, что достаточно часто встречается в природе. Выработанный ими в ходе эволюции механизм следующий.

Размещено на Allbest.ru