К вопросу удаления биогенных элементов из бытовых сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДВГУПС

К вопросу удаления биогенных элементов из бытовых сточных вод

Лашин В.Д., Ткаченко А.3.

г. Хабаровск, Россия

Аннотация

Статья посвящена основным методам удаления биогенных элементов из бытовых сточных вод. Очищенные городские сточные воды являются одним из основных источников поступления биогенных элементов в водоемы. Описаны основные принципы работы биологического, реагентного и электрохимического методов удаления азота и фосфора из бытовых и производственных сточных вод.

Ключевые слова: городские сточные воды, биогенные элементы, реагентный метод, биологический метод

Abstract

Lashin V. D, Tkachenko A. Z.

FESTU, Khabarovsk, Russia

THE ISSUE OF BIOGENIC ELEMENTS REMOVAL FROM DOMESTIC WASTEWATER

The article is devoted to the main methods of removal of biogenic elements from domestic wastewater. Treated urban wastewater is one of the main sources of nutrients entering reservoirs. The main principles of biological, reagent and electrochemical methods of nitrogen and phosphorus removal from domestic and industrial wastewater are described.

Keywords: urban wastewater, biogenic elements, reagent method, biological method

Введение

В настоящее время ученые уделяют большое внимание разработке новых и усовершенствованию существующих методов очистки бытовых сточных вод, в том числе от биогенных элементов. К биогенным элементам относятся азот, фосфор и углерод и др. Удаление биогенных элементов из бытовых сточных вод требуется в связи с тем, что соединения азота и фосфора вызывают процесс эвтрофикации водоемов. Эвтрофикация - процесс роста биологической растительности водоемов, который происходит вследствие превышения баланса питательных веществ. Он сопровождается чрезмерным развитием водорослей, особенно зеленых, сине-зеленых и диатомовых, преобладанием нежелательных видов планктона, нарушением жизнедеятельности рыб. Продукты метаболизма водорослей дают воде неприятный запах, могут вызывать кожные аллергические реакции и желудочно-кишечные заболевания у людей и животных. При своем разложении водоросли выделяют в воду полипептиды, аммиак и промежуточные продукты белкового распада [1].

Несмотря на многочисленные отечественные разработки и успешную реализацию разноплановых систем и технологий очистки сточных вод, организацию масштабного отечественного и зарубежного производства современного высокоэффективного оборудования, сбросы загрязняющих веществ в водоемы, а также попадание их в подземные воды со сточными водами продолжаются и являются экологически небезопасными. Водные объекты большинства регионов России с учетом фактически неудовлетворительного состояния очистных сооружений больших и малых городов представляют угрозу здоровью и безопасности населения

При очистке городских сточных вод наибольшее внимание уделяется удалению азота и фосфора, что связано с эвтрофикацией водоемов. Замедления и даже обратимости процесса эвтрофикации принципиально можно достичь путем прекращения доступа в водоемы биогенных элементов. Углекислый газ поглощается водой из воздуха, поэтому ограничить концентрацию углерода в воде сравнительно трудно. На общую продуктивность водоемов влияет количество и ха- © Лашин В. Д., Ткаченко А. 3., 2020 рактер соединений азота и фосфора. При благоприятных условиях 1 мг азота продуцирует 20-25 мг водорослей, 1 мг фосфора - 40-250 мг [1,4].

Очистка городских сточных вод от азота и фосфора. Азот содержится в сточных водах в виде органических и неорганических соединений. В городских сточных водах главную часть органических азотных соединений составляют вещества белковой природы - фекалии и пищевые отходы. Неорганические соединения азота представлены восстановленными NH4+ и NH3 и окисленными NO2' и NO3' формами. Большая часть аммонийного азота образуется при гидролизе мочи, которая является конечным продуктом азотного обмена человека. Образование соединений аммония происходит также в процессе аммонификации белковых соединений.

Экологическая опасность неорганических соединений азота чрезвычайно отличается: наиболее токсичными являются нитриты, наиболее безопасными - нитраты, среднее положение занимает аммоний, что отражает ПДК для сброса этих азотсодержащих соединений в природные водоемы. Концентрация различных форм азота в сточных водах не постоянна, она изменяется как в сетях водоотведения, так и на различных этапах очистки.

Трансформация азотсодержащих соединений начинается уже в процессе транспортировки сточных вод на городские очистные сооружения. В частности, органические соединения карбамид (мочевина), в результате микробной деструкции, распадается с образованием аммоний-иона (процесс аммонификации). Концентрация азота нитритов и нитратов в транспортируемых стоках снижается за счет спонтанной денитрификации.

Метод биологической очистки сточных вод продолжает оставаться основным для очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод. Традиционные технологии биологической очистки в аэротенках или на биофильтрах не обеспечивают предъявляемых к качеству очищенных сточных вод требований. Это вызывает необходимость введения дорогостоящих дополнительных стадий глубокой доочистки биологически очищенных сточных вод, стоимость которых составляет до 40 % или более стоимости всего комплекса очистных сооружений [2,5].

Для удаления аммонийного азота из сточных вод существует ряд способов, как физико-химических, так и биологических. Но все они или требуют больших материальных вложений и сложны в эксплуатации, или не обеспечивают глубокого удаления азота аммонийных солей.

В основе биологической очистки сточных вод лежит биохимическое окисление органических загрязнений микроорганизмами в аэробных или анаэробных условиях. Участвуя в конструктивном и метаболическом обмене живой клетки, органические вещества сточных вод претерпевают сложные химические и биологические превращения. В результате катаболизма происходит распад этих веществ с образованием более простых органических низкомолекулярных соединений, часть которых подвергается дальнейшему окислению до СО2 и НгО с выделением энергии или превращением в продукты метаболизма, а другая часть используется для биосинтеза в процессах анаболизма. Одним из главных процессов, проходящих в ходе биологической очистки, является нитрификация - двухстадийный процесс последовательного окисления аммонийного азота до нитритов, а затем нитритов - в нитраты. Технологическая схема работы аэротенка представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Технологическая схема работы аэротенка:

1,3 -зона денитрификации; 2,4-зона нитрификации; А - возвратный ил; Б - осветленная вода; В - иловая смесь.

Нитрификация с последующей денитрификацией - наиболее легкий и экономически доступный способ удаления неорганического азота из сточных вод. сточный биогенный водоем электрохимический

Автотрофная нитрификация может осуществляться в любых аэрируемых сооружениях биологической очистки: в аэротенках, на биофильтрах и био дисках, в сооружениях с псевдоожиженным слоем. Известно, что источниками поступления соединений фосфора в бытовые сточные воды является фекальный сток (3050%), фосфатные компоненты синтетических моющих средств (50-70%).

Фосфор входит в состав фосфатов, которые интенсивно используются в составе моющих средств и стиральных порошков. Фосфаты находят широкое применение в пищевой промышленности и в процессах водоподготовки. В состав сельскохозяйственных удобрений входят фосфатные минералы; фосфаты также являются следствием разложения остатков растений и животных. Фосфаты могут попадать в водоемы самыми различными путями, в частности, с бытовыми и промышленными стоками, и, конечно же, вымываться с сельскохозяйственных угодий. Анализ содержания фосфатов - важная составляющая комплексного контроля состава природных и питьевых вод.

Фосфаты широко применяются для обработки воды бойлеров и котлов. Фосфаты добавляются к воде теплоносителю для уменьшения отложений на поверхностях теплообмена. Вот почему важной частью водоподготовки котловой воды является непрерывный контроль концентрации фосфатов, что обеспечивает соблюдение технологических норм эксплуатации.

На современном этапе наибольшее распространение получает биологический метод удаления фосфора. Но в большинстве случаев не удается добиться стабильного удаления фосфатов из сточной жидкости до нормативных требований ПДК водоемов рыбохозяйственного значения, так как не обеспечивается правильное проведение процесса. Основным методом биологического изъятия фосфора является метод с анаэробной обработкой возвратного рециркулирующего активного ила. Применение такой технологии позволяет извлекать фосфаты с эффективностью примерно 90%. В данной системе удаление фосфора происходит с избыточным илом и иловой водой, образующейся в сооружении для анаэробной обработки ила. При использовании поочередной аэробной и анаэробной обработки смеси сточной жидкости и активного ила эффект изъятия соединений фосфора достигает 70%.

При реагентной обработке стоков происходят процессы дестабилизации системы нерастворенных частиц (взвешенных веществ), включая коллоиды, связывание части растворенных органических веществ, образование малорастворимых форм FeP04, а также Fe(OH)3 и Рег(СОз)з. На возможность прохождения таких процессов указывает наличие в образующихся осадках органических веществ, кальция, магния, железа, карбонатов, фосфатов, гидроксидов металлов. В зависимости от места ввода реагента происходят некоторые из перечисленных процессов в сочетании с удалением фосфора [1,2].

Электрохимический метод коагуляции фосфатов мог бы стать альтернативным реагентному. Как показывает практика водоочистки, электрохимические методы являются достаточно востребованными несмотря на затраты электроэнергии, особенно для очистки небольших объемов производственных сточных вод, связано это с тем, что при прохождении воды через межэлектродное пространство происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно- восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

В схемах физико-химико-биологической очистки подача реагента может осуществляться в различных точках до первичных отстойников (предочистка); в аэротенки (одновременная симультанная очистка); после аэротенков во вторичные отстойники (постосаждение), но в этом случае существенное влияние на процесс оказывает остаточное содержание фосфора фосфатов в очищенной воде, так как низкая концентрация фосфатов позволяет гидроксилу ОН- вступать во взаимодействие с Fe+З и перемещать процесс в область традиционной коагуляции воды. Места ввода реагентов показаны на рисунке 2.

Рис. 2 Схема биологической очистки сточных вод

Заключение

В последние годы серьезную угрозу для водных объектов представляют процессы эвтрофикации. Для решения этой сложной проблемы необходимо максимально снизить сброс в водные объекты биогенных веществ - соединений азота и фосфора. В данной работе рассмотрены основные методы удаления азота аммонийного и фосфора в процессе очистки сточных вод. В результате проведенного анализа методов удаления биогенных элементов из сточных вод было выявлено, что эффективность биологического метода удаления азота из городских сточных вод достигает до 75%, а при удалении фосфора до 70%. При реагентной обработке сточных вод эффект составляет 80%, а при электрохимическом методе достигает 91-95%.

Библиографические ссылки на источники

1. Баженов В.И., Денисов А.А. Проектирование современных комплексов биологической очистки сточных вод // Экология и промышленность России, февраль, 2009, с. 26-31.2

2. Беляев А. Н., Васильев Б. В., Маскалева С. Е. и др. Удаление азота и фосфора на канализационных очистных сооружениях // Водоснабжение и сан. техника. 2008. № 9.

3. Дудченко М. И., Миронов В. В., Шокурова Е. Е. Интенсификация реагентной дефосфатизации бытовых и промышленных сточных вод// Новые идеи нового века 2018, №3

4. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками: монография/Н.С. Жмур - М.: АКВАРОС, 2003. - 506 с.

5. СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85 (с Изменениями N1,2)»

Размещено на Allbest.ru