Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод малых населенных пунктов

Описание процесса превращения азота позволяет идентифицировать критические факторы для хода нитрификации на действующих сооружениях биологической очистки (см. табл.4). К ним относятся:

температура очищаемой воды;

содержание водорастворимой легкоокисляемой органики в очищаемых сточных водах и эффективность ее окисления;

аэробность в аэротенках, вторичных отстойниках;

состав и относительное содержание промышленных сбросов в сточных водах, присутствие в них токсических веществ;

нитрификационный потенциал в сточной воде после первичного отстаивания;

величина нагрузки на активный ил, возраст ила и численность нитрифицирующих бактерий;

период аэрации в аэротенке и процент регенерации активного ила. Наличие окисленных форм азота в очищенной воде свидетельствует о нитрификации аммонийного азота, а увеличение содержания нитратов - о глубине и завершенности прошедшего процесса нитрификации. Присутствие NНз и NО2 в очищенной воде говорит о недостаточной глубине окисления и нитрификации. На биологически очистных сооружениях, обеспечивающих глубокую нитрификацию, в очищенной воде весь азот представлен в основном в форме нитратов и его содержание составляет не менее 5-6 мг/дм3.

Таблица 4

Необходимые условия, обеспечивающие нитрификацию

При возникновении плохих аэрационных условий (содержание растворенного кислорода менее 1 мг/дм3) нитрификация прекращается, а анаэробные условия могут послужить развитию денитрификации

Процесс одновременной нитрификации-денитрификации постоянно присутствует на всех сооружениях, обеспечивающих глубокую нитрификацию, поскольку всегда имеются анаэробные зоны на разных участках биологической очистки. Кроме того, одновременная нитрификация-денитрификация развивается в крупных хлопьях ила, как показано на рисунке 2.

Рис.2. Хлопок активного ила

На сооружениях биологической очистки сам по себе процесс денитрификации положительный, поскольку позволяет освобождать воду от окисленных форм азота, а сочетанием процессов нитрификации и денитрификации можно снижать содержание неорганического азота на 90% и общего азота на 80-95%. Однако' денитрификация при обычной схеме очистки происходит в основном во вторичных отстойниках, особенно часто в летний период, и сопровождается значительным выносом хлопьев активного ила, чему способствует образующийся газообразный азот. Кроме того, свободный азот образуется внутри хлопьев, разрывает их, измельчает и вынос взвешенных веществ еще более усугубляется, так как рваные хлопья плохо флокулируют и коагулируют во вторичных отстойниках.

Для подавления денитрификации во вторичных отстойниках необходимо сократить нитрификацию в аэротенках, а именно:

уменьшить подачу воздуха;

увеличить нагрузки (снижением рабочей дозы активного ила в аэротенках или ухудшением работы механической очистки);

увеличить отбавки избыточного ила (для увеличения потерь нитрифицирующих бактерий).

Использование прикрепленного активного ила позволяет с высокой эффективностью осуществлять глубокую нитрификацию сточных вод. При этом аэробные нитрифицирующие бактерии присутствуют в аэрируемой зоне биопленки, тогда как факультативно анаэробные и аэробные денитрификаторы заселяют более глубокие слои биопленки, где они защищены от воздействия кислорода.

1.3.2 Очистка от соединений фосфора

Фосфор является основным лимитирующим веществом для развития водорослевого "цветения" в водоеме, в большей степени воздействующим на процесс эвтрофирования биогенным элементом. Установлено, что достаточно удалить из сточных вод один из основных биогенных элементов (азот или фосфор) и "цветение" в водоеме, куда сбрасываются эти сточные воды, не развивается. Ежедневное выделение фосфора составляет 1,5-1,8 г на душу населения. В бытовые сточные воды 30-50% фосфора поступает из выделений человека, а 50 - 70% - из синтетических моющих средств (их фосфатных компонентов). В поступающей на очистку бытовой воде соединений фосфора в среднем не более 10 мг/дм3.

В бытовых сточных водах фосфор представлен в виде ортофосфатов, полифосфатов. В результате биологической очистки из сточных вод в большей степени изымается легкоокисляемая микроорганизмами растворенная форма ортофосфатов. При этом отношение минерального фосфора к общему в поступающей на очистку воде составляет 0,3-0,5 и значительно возрастает в биологически очищенной воде 0,7-0,9. В очищенной воде городских очистных сооружений содержание фосфатов колеблется в пределах 1,5-5,0 мг/дм3. При "голодании" и самоокислении активного ила его клетки отдают накопленный фосфор в окружающую воду и содержание фосфатов по этой причине в очищенной воде может возрастать. Увеличение количества фосфатов в очищенной воде может происходить также по причине повышенного выноса активного ила из вторичных отстойников (в аэробных условиях фосфор накапливается в активном иле), а также по причине аммонификации белка в анаэробных зонах различных звеньев очистных сооружений, если этот процесс не был удовлетворительно завершен в канализации, при условии, что таких безкислородных зон достаточно много, а клетки ила обладают способностью в анаэробных условиях отдавать накопленный фосфор в окружающую водную среду. При понижении рН в сточных водах растворимость фосфорных соединений повышается, что также объясняет периодическое возрастание фосфора в период увеличения концентраций металлов в очищаемой воде.

Содержание различных форм азота в очищенной воде зависит главным образом от технологических параметров работы очистных сооружений (нагрузка на ил по органическим загрязняющим веществам, период аэрации, возраст ила).

Существует две традиционные схемы, обеспечивающие полное окисление углеродсодержащих органических веществ и последующую нитрификацию:

а. комбинированная схема, при которой окисление органических загрязняющих веществ и нитрификация происходят в одном сооружении

б. двухступенчатая схема очистки, обеспечивающая на первой ступени полное окисление углеродсодержащих органических веществ в аэротенках, а на второй ступени - нитрификацию в биофильтрах или в аэротенках второй ступени.

Наиболее перспективный метод глубокого удаления биогенных элементов из сточных вод базируется на традиционной биологической очистке с сочетанием аэробных и анаэробных процессов.

При внедрении технологии глубокого удаления азота методом нитрификации-денитрификации на действующих очистных сооружениях следует также обратить внимание на основные факторы, обеспечивающие удовлетворительную денитрификацию. В воде, поступающей на очистку, должен быть достаточный денитрификационный потенциал, т.е. отношение содержания углеродсодержащих органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5, к содержанию аммонийного азота в поступающей воде должно быть не менее 3,5, а при отношении 4 - 6 процесс денитрификации будет идти наиболее эффективно. Денитрификационный потенциал равный 2 является неблагоприятным для успешного процесса денитрификации.

Наиболее распространенная схема, позволяющая применять ее уже на действующих сооружениях, которые обеспечивают полное окисление загрязняющих веществ с последующей нитрификацией, успешно реализована на очистных сооружениях г. Челябинска. В этой схеме процесс нитрификации-денитрификации обеспечивается в одном аэротенке, разделенном на аэробные и анаэробные зоны (рис.3).

Рис.3. Схема аэротенка 1

Нитрификация-денитрификация, обеспечиваемая сочетанием аэробных и анаэробных процессов в разных коридорах аэротенков.

Рис.4. Схема аэротенка 2

Достичь положительных результатов по удалению азота легче при относительной изоляции зон нитрификации и денитрификации, когда они обеспечиваются в разных коридорах 2-4-х коридорных аэротенков (рис.4).

1.3.3 Биологическая денитрификация

При денитрификации концентрация аммонийного азота изменяется незначительно. По этой причине необходимо предварительно окислить аммонийный азот в нитриты и нитраты. Реакция осуществляется нитрифицирующими микроорганизмами и протекает в две стадии:

В зависимости от того, в каких сооружениях осуществляются процессы нитрификации и денитрификации, различают одно-, двух и трехстадийные схемы.

При одностадийной схеме устраивают аэротенки с продленной аэрацией, одна секция в которых выделяется для восстановления азота нитратов до газообразного азота (рис.5а). Кроме таких аэротенков при одностадийной схеме возможно устройство контактного стабилизатора, так же разделенного на зоны (рис.5б); в одной из них происходит окисление аммонийного азота до азота нитритов и нитратов, в другой - восстановление нитратов. По одностадийной схеме работает Монасская станция (город Бостон). Режим работы аэротенка установлен из расчета снижения концентрации азота в очищенных сточных водах на 75 % (при обычном методе аэрации снижение концентрации азота в аэротенке составляет 20 - 50 %). Первая стадия полуаэробного окисления осуществляется в первой секции аэротенка (без подачи воздуха) при минимальной концентрации растворенного кислорода. Окислителем является кислород нитратов очищенных вод, подаваемых в первую секцию из вторичных отстойников. Во второй секции аэротенка окислительный процесс происходит при аэрации. При этом за счет кислорода воздуха завершается процесс нитрификации.

Рис.5. Одностадийная схема денитрификации

При двухстадийной схеме возможны следующие варианты: аэротенки с продленной аэрацией и изолированным денитрификатором (рис.6, а); контактный стабилизатор с изолированным денитрификатором (рис.6, б); обычный аэротенк и смеситель, которые представляют собой комбинированное сооружение, разделенное на зоны нитрификации и денитрификации (рис.6, в).

Рис.6. Двухстадийная схема денитрификации

При трехстадийной схеме обработка разделяется на три ступени: аэрация, нитрификация и денитрификация. На рис.7 представлены модификации трехстадийной схемы, распространенной на ряде станций за рубежом. По варианту I нитрифицированные сточные воды подаются в денитрификатор, затем подвергаются отстаиванию. По варианту II после нитрификации сточные воды подвергаются денитрификации в реакторе, загруженном мелкозернистой насадкой. По варианту III денитрификация осуществляется в денитрификаторах с крупнозернистой загрузкой, после чего сточные воды направляются на фильтры с зернистой загрузкой.

Рис.7 Трехстадийная схема денитрификации (I - III - номера вариантов)

1 - аэротенк; 2 - отстойник; 3 - нитрификатор; 4 - отстойник после нитрификатора; 5 - денитрификатор открытый; 6 - отстойник после денитрификатора; 7,8 - денитрофикаторы соответственно с мелкозернистой и крупнозернистой загрузкой; 9 - песчаный фильтр

Трехстадийная обработка требует наибольших капитальных вложений, однако имеет неоспоримые преимущества в смысле надежности, стабильности и простоты действия. Кроме того, эта схема обеспечивает последовательность реакций превращения азотистых соединений в газообразный азот, лучшее удаление углерода, высокую степень нитрификации и денитрификации, что обусловлено использованием изолированной иловой культуры. Удаление углерода с одновременной нитрификацией (см. рис.5а и 6а) требует длительного времени аэрации для нитрификации, что в свою очередь приводит к увеличению объема сооружений.

Говоря о преимуществах трехстадийной схемы обработки сточных вод, следует отметить, что не исчерпаны и недостаточно глубоко изучены возможности одно - и двухстадийных схем.

1.4 Критерии выбора локальных установок очистки сточных вод

Первый критерий - способ очистки.

Самый оптимальный способ очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на сегодняшний день - биологическая очистка. Биологическая очистка с применением эффективной технологии может решить практически все проблемы бытовых сточных вод. Общепризнано, что наиболее эффективной биологической технологией очистки является аэробная, т.е. с использованием бактерий "дышащих" кислородом воздуха, принудительно растворенным в сточных водах. Количество колоний бактерий, участвующих в этом процессе, в сотни раз больше, чем при анаэробных (без доступа кислорода) технологиях. Существенным преимуществом аэробных процессов является и тот фактор, что при них не развиваются болезнетворные бактерии, и отсутствует дурной запах.

Анаэробные септические системы сегодня также имеют право на существование, но только полностью в корпусных вариантах.

Наиболее эффективные на сегодняшний день из аэробных технологий - это ARS-технологии (аэро-ритмовые системы). Лучшие представители этих систем способны работать даже в оборотных системах водоснабжения. Если не вдаваться в подробности, то ARS-технологии предполагают чередование аэробных и аноксидных процессов в одном и том же объеме аэротенка с разным количеством растворенного кислорода. Не все ARS-системы одинаково хороши, хотя любая из них, даже самая простая - это всегда шаг вперед от традиционных аэрационных технологий, так как сокращается общий объем очистных сооружений для проведения полного цикла глубокой биологической очистки и улучшаются выходные характеристики.

Второй критерий - материал корпуса очистной установки.

Он должен быть прочным, обладать определенными теплоизолирующими свойствами и не должен подвергаться химической и биологической коррозии.

Третий критерий - применяемая система аэрации.

На отечественном рынке появились полимерные пленочные мембранные аэраторы, под маркой "ПОЛИАТР" с полимерной мембраной, способные более 10-ти лет работать в системах с технологическими паузами аэрации. А все дело в том, что после отключения подачи воздуха, все поры пленочного мембранного аэратора под действием давления воды закрываются, и пленка обволакивает остов элемента, что не допускает проникновения жидкости внутрь элемента. При подаче воздуха пленка раздувается, компенсируя резкий скачок давления, и лишь затем одновременно раскрывая все поры. Происходит процесс постоянного самоочищения элемента аэрации, в том числе и от внешних биообрастаний. Длина элемента аэрации может доходить до 50-ти метров без потери равномерности аэрации.

Микропоры в мембране сформированы лазерным лучом, и попытка повторить микроперфорацию мембраны механическим путем и на другой полимерной основе не увенчались успехом. Нет равномерности аэрации, большой расход воздуха и быстрый механический разрыв мембраны. "ПОЛИАТР" пока лидер среди аэраторов.

Четвертый критерий - применяемый компрессор.

Он должен быть надежным, малошумным и долговечным. Для локальных очистных сооружений малого объема лучше всего подходят мембранные компрессоры, способные безостановочно работать более 2-х лет.

Пятый критерий - наличие аккумулирующего объема.

Хозяйственно бытовые сточные воды отличаются большой неравномерностью. Поэтому для оптимальной работы очистной установки необходимо, чтобы стоки сначала собирались в каком-то объеме (емкости), а затем равномерно подавались на очистку. Равномерность подачи стоков на очистку есть непременное условие эффективной работы установки. В противном случае, часть биомассы из установки будет выноситься сильным потоком воды, что недопустимо.

Шестой критерий - способ перекачки сточных вод.

Если использовать центробежные насосы, цепочки бактерий будут разрушаться, и биомасса потеряет свою эффективность. На сегодня самый "нежный" (не разрушающий) способ перекачки - это эрлифт.

2. Описание технологического процесса

2.1 Сущность технологического процесса

Сточные воды, поступающие на очистные сооружения, подвергаются полной биологической очистке, включающей несколько последовательных ступеней:

биологическая очистка сточной воды с использованием живых микроорганизмов и кислорода воздуха в аэротенке;

вторичное отстаивание для отделения очищенной воды и активного ила во вторичном отстойнике;

доочистка на безнапорных фильтрах;

обеззараживание воды на бактерицидной установке с ультрафиолетовым облучением.

Предусмотрена аэробная минерализация осадка и его обезвоживание в фильтрующих мешках.

Действие биологических очистных сооружений основано на том, что смешанные культуры микроорганизмов разлагают и удаляют коллоидные и растворенные органические вещества из сточной воды.

Традиционная очистка сточных вод представляет собой сочетание физических и биологических процессов, используемых для удаления органических веществ из обрабатываемой жидкости.

Технологическая схема полной биологической очистки без предварительного отстаивания используется для очистки небольших расходов сточных вод (небольшие городка, поселки, дома отдыха, промышленные площадки) и предусматривает исключение из технологической схемы очистки первичных отстойников с одновременным увеличением эффективности работы. В первичных отстойниках осаждается значительная часть органики, исключение их из технологической схемы увеличивает концентрацию биологически разлагаемых веществ в сточной жидкости, поступающей на биологическую очистку. Исключение станции первичной механической очистки из технологической схемы резко изменяет характер получаемого осадка. Вместо септического осадка с относительно высоким содержанием сухого вещества получают аэробный ил значительно большего объема с содержанием сухого вещества 0,5-2%. Поэтому система обработки осадка включает в себя аэробные минерализаторы, гравитационные уплотнители.

Весь процесс традиционной очистки сточных вод можно рассматривать как процесс сгущения, заключающийся в том, что загрязнения, удаляемые из сточных вод, концентрируются в небольшом объеме, что облегчает окончательное их удаление.

Процесс биологической очистки может быть описан как непосредственный контакт загрязнений с оптимальным количеством организмов активного ила, в присутствии соответствующего количества растворенного кислорода, в течение необходимого периода времени с последующим эффективным отделением активного ила от очищенной воды.

В аэротенках с помощью активного ила происходит интенсивное биохимическое окисление загрязняющих органических веществ, в связи с этим, они являются одним из наиболее совершенных сооружений для биохимической очистки.

Процесс полного биологического окисления проходит в три стадии.

На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, за счет большой поверхности ила (1 г сухого ила занимает площадь 100 м), происходит сорбция загрязняющих веществ и их укрупнение. На этой же стадии начинается процесс окисления легкоразлагающихся органических веществ. В ходе этого процесса, в месте поступления сточных вод в аэротенк происходит потребление почти всего растворенного кислорода. Первая стадия очистки длится от получаса до двух часов, содержание органических веществ, характеризуемое показателем БПК5, снижается на 50-60%.

На второй стадии продолжается сорбция загрязняющих веществ и активное окисление их экзоферментами, которые активный ил выделяет в водную среду. Ферментативно окисляется до 75 % органических веществ. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем на первой стадии, и содержание растворенного кислорода в воде повышается. Продолжительность этой стадии от двух до четырех часов, в зависимости от состава сточных вод.

На третьей стадии происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами внутри клетки. Крупные макромолекулы органических веществ, распавшиеся на более короткие на второй стадии, поступают внутрь клеток для дальнейшего окисления. На этой стадии протекает доокисление сложноокисляемых соединений, которые не окислились на второй стадии, превращение азота аммонийного в нитриты и нитраты. Именно на этой стадии бактерии активно выделяют в окружающую среду полисахаридный гель, благодаря которому и происходит образование бактериальных флоккул. Скорость потребления кислорода снова возрастает. Продолжительность третьей стадии - для бытовых стоков 4-6 часов, и до 15 часов для смешанных стоков. Общая продолжительность всего процесса биологического окисления составляет 6-8 ч для бытовых и 10-20 и более часов для смешанных сточных вод.

Эффективность очистки сточных вод на третьей стадии зависит от величины нагрузки по органическим веществам, возраста активного ила и времени пребывания его в аэротенке. Накопление полисахаридного геля, выделяемого бактериями, придает хлопьям активного ила следующие уникальные свойства:

хлопья являются защитой организмов от неблагоприятного воздействия загрязняющих веществ и выедания представителями следующего трофического звена;

хлопья являются жизненным пространством и убежищем для организмов активного ила;

хлопья являются механической опорой и транспортным средством для микроорганизмов;

хлопья являются источником питательных веществ для микроорганизмов.

Структура и биологические свойства хлопьев ила определяют качество биологической очистки. При нормально идущих процессах очистки, масса активного ила представлена хлопьями размером от 53 до 212 мкм. Бактериальные клетки расположены внутри и на поверхности хлопьев, а незначительное количество одиночных бактерий может быть не связано с хлопком.

Активный ил обеспечивает высокую скорость окисления загрязняющих веществ только во флоккулированном состоянии. Следовательно, качество очищенной воды определяется способностью ила к флокуляции.

Биоценоз активного ила формируется из бактериальных штаммов, которые наиболее устойчивы к данному составу сточных вод, а видовое разнообразие простейших определяется степенью разложения органических загрязняющих веществ.

Богатое видовое разнообразие (не менее 25 видов простейших) в активном иле свидетельствует о высокой эффективности очистки и устойчивости биоценоза к воздействию токсичных сточных вод.

При очистке городских сточных вод наибольшее внимание уделяется удалению азота и фосфора (биогенных элементов), что связано с эвтрофикацией (заиливанием и цветением) водоемов.

Азот и фосфор содержатся в сточных водах в составе органических соединений и минеральных примесей.

Азот присутствует в составе органических соединений в количестве 4-10% от общей массы веществ. Минеральные формы азота - аммиак и аммонийные соединения, различные окислы, нитриты и нитраты.

Основные виды содержания фосфора: органический, в составе органических веществ, полифосфаты, в составе моющих средств, фосфаты.

Азот и фосфор удаляются в ходе биологической очистки при создании определенных условий и соблюдении последовательности операций, приводящих к необходимому качеству очищенной воды.

Изъятие и удаление фосфора базируется на выводе его из системы в составе избыточного активного ила.

Удаление азота основано на процессе нитрификации - денитрификации.

Наиболее перспективный метод глубокого удаления биогенных элементов из сточных вод базируется на традиционной биологической очистке с сочетанием аэробных и анаэробных процессов - методом нитри-денитрификации и дефосфатации. Основу технологической очистки составляет трехзонная схема Анаэробно-Аноксидно-Оксидной (АА/О) обработки.

2.2 Стадии процесса биологической очистки

Технология удаления азота и фосфора включает три основные элемента в биоблоке:

I - зону анаэробной обработки смеси ила и сточных вод;

II - аноксидную зону для денитрификации;

III - оксидную (аэробную) зону для проведения нитрификации

I - зона анаэробной обработки смеси ила и сточных вод (анаэробные условия исключают наличие растворенного кислорода и кислородсодержащих анионов) - эта часть биоблока является реактором кислого брожения, в котором при отсутствии нитратов и растворенного кислорода часть микроорганизмов ила продуцирует из загрязнений сточных вод органические кислоты. Наличие кислот способствует вытеснению фосфатов из клеток ила. Интенсивное потребление фосфатов в аэробной части аэротенка прямо пропорционально количеству ранее вытесненного фосфора в анаэробной зоне. На продолжительность обработки сточной воды в анаэробной зоне влияют БПК, доза ила, температура воды, отсутствие нитритов и растворенного кислорода.

Время нахождения сточных вод в анаэробной зоне 2,5 часа.

II - аноксидная зона - денитрификатор (аноксидные условия - отсутствие растворенного кислорода или минимальное его количество).

Рационально проводить окисление углеродсодержащих примесей в режиме денитрификации, ранее затраченный кислород нитратов будет использован на удаление органических соединений. Стадия окисления углерода проводится в режиме смешанного (симультанного) типа, когда в жидкости присутствуют следы растворенного кислорода и нитраты. Аноксидные условия создаются внутри хлопьев активного ила, когда недостаток кислорода заставит клетки бактерий внутри хлопьев использовать химический метод дыхания.

Для глубокой нитрификации необходимо предварительно изъять легкоокисляемые органические вещества и снизить нагрузку на активный ил по органическим веществам. Если в нормативных документах рекомендуется принимать нагрузку на ил 300-500 мг/г·сут по БПКп, то для нитрифкации ее следует уменьшать почти вдвое. В этом отношении имеет основное преимущество предшествующая денитрификация. Из сточных вод в денитрификаторе совместно с иловой смесью интенсивно изымаются легкоокисляемые примеси (выраженные БПК) без дополнительного расхода воздуха.

Денитрификация осуществляется гетеротрофными микроорганизмами, представляющими группу факультативных анаэробов. Бактерии-денитрификаторы являются представителями микрофлоры поступающих сточных вод и могут использовать органические загрязнения в качестве источника углеродного питания. Это облегчает эксплуатацию сооружений, исключает необходимость выращивания специальной адаптированной микрофлоры.

На рост гетеротрофных денитрифицирующих микроорганизмов оказывает влияние количество усваиваемых органических веществ и обеспеченность нитратным азотом. Аммонийный азот в городских сточных водах находится в избыточном количестве и существенно не воздействует на процесс денитрификации. Денитрификация ингибируется в присутствии растворенного кислорода.

Микроорганизмы активного ила способны использовать окислы азота в качестве источника дыхания при отсутствии кислорода или низкой его концентрации.

Из всех кислородсодержащих соединений нитриты и нитраты используются для дыхания микроорганизмами как наиболее доступные.

В ходе реакций восстановления азота происходит прирост массы активного ила и увеличение количества НСО3-. Повышение карбонатной щелочности положительно отражается на ходе нитрификации, когда в технологической схеме денитрификатор расположен перед нитрификатором.

Денитрификация ингибируется в присутствии растворенного кислорода.

Скорость денитрификации зависит от температуры, концентрации нитратов на входе и выходе из денитрификатора, степени рециркуляции нитратосодержащего потока.

Расчетное время нахождения сточных вод в аноксидной зоне 3-7 часов, уточняется и настраивается при пуско-наладочных работах на очистных сооружениях.

III - аэробная зона (нитрификатор).

Процесс нитрификации рассматривают как двухстадийный процесс, осуществляемый группами бактерий - хемоавтотрофов Nitrosomonas и Nitrobacter. В активном иле их количество колеблется в пределах до 10% от общей биомассы. Нитрификаторы окисляют аммонийный азот до нитритов и затем до нитратов.

Контроль за содержанием нитрифицирующих бактерий в активном иле осуществляется по возрасту ила. Скорость нитрификации в первую очередь зависит от количества автотрофных бактерий-нитрификаторов в активном иле. Рост нитрификаторов происходит более медленно, чем рост гетеротрофных микроорганизмов ила, поэтому излишне большой отбор избыточного ила может привести к обеднению сообщества нитрификаторов и затуханию процесса окисления аммонийного азота. Контроль за количеством нитрификаторов и их активностью не производится, поэтому пользуются косвенным параметром возраста ила. Увеличение возраста ила приводит к накоплению нитрификаторов и укреплению их сообщества.

Скорость роста нитрификаторов 0,3-0,4 1/сут

Возраст ила 2-4 суток.

В начале зоны нитрификации одновременно протекают процессы нитрификации и денитрификации, мало поступает органических загрязнений, а с рециркулирующим илом подается значительное количество растворенного кислорода и микроорганизмов-нитрификаторов.

В загрузке протекают процессы денитрификации, так как закрепленный ил почти не пропускает внутрь пузырьки воздуха и на загрузке создаются условия дефицита кислорода, что идеально для денитрификации.

Дефосфотация. Фосфор распределяется между илом и очищенной водой. Биологическое, не связанное с применением реагентов, удаление фосфора заключается только в выводе его в составе избыточного активного ила.

С увеличением массы избыточного ила возрастает масса удаляемого фосфора, но это входит в противоречие с накоплением в иле нитрифицирующих бактерий в результате вывода их вместе с приростом ила. Поэтому для увеличения вывода фосфора необходимо увеличить его содержание в клеточном веществе бактерий. Клетки обычного ила в аэротенках содержат 1,5-2% фосфора. Активный ил в традиционных аэротенках содержит 0,012-0,018 г/г фосфора, в то время как наличие анаэробных зон может повысить его содержание до 0,03-0,04 г/г. Требуемое содержание фосфора в иле составляет 2,5-3,5%.

Некоторые микроорганизмы природного биоценоза способны накапливать фосфор. Избыточное количество фосфора в клетке, большее, чем потребность для размножения бактерий, наблюдается при чередовании анаэробных и аэробных (аноксидных) условий при перемещении ила по биоблоку.

В анаэробных условиях, когда в иловой смеси нет растворенного и химически связанного кислорода (в форме нитритов и нитратов), мироорганизмы активного ила приспосабливаются к экстремальным условиям, включая в систему дыхания процессы трансформации фосфора. Бактерии выводят фосфор в виде ортофосфатов и продуцируют низшие кислоты жирного ряда (это характерно для кислого брожения органических веществ загрязнений в сточных водах в анаэробных условиях - анаэробная зона).

В аэробных условиях микроорганизмы активно поглощают и накапливают фосфаты в виде полифосфатов.

Таким образом, чередование анаэробных и аэробных условий вызывает миграцию фосфора из клеток в воду и обратно. Если из системы выводить ил в момент наибольшего поглощения фосфора (конец аэробной зоны), то можно удалить его из системы, не нарушая баланс прироста и вывода биомассы нитрифицирующих бактерий.

Накопление полифосфатов в активном иле зависит от состава примесей в сточных водах, интенсивности перемешивания иловой смеси, способности микроорганизмов, находящихся в иловой смеси, адаптироваться к анаэробным условиям.

Продолжительность пребывания ила в анаэробных условиях колеблется в пределах от 0,5 до 2-3 часов.

Удаление азота и фосфора взаимосвязаны. Глубокое удаление азота, возможное при снижении нагрузки на ил, снижает прирост ила и способствует вытеснению фосфора из клеток. С другой стороны, повышение нагрузки на ил интенсифицирует удаление фосфора.

Доочистка сточных вод осуществляется на фильтрах

Обеззараживание очищенной воды осуществляется на бактерицидной установке с ультрафиолетовым излучением. Каждая из технологий дезинфекции (хлорирование, озонирование, УФ облучение) обеспечивает необходимую степень инактивации бактерий, в том числе по индикаторным бактериям группы кишечной палочки и общему микробному числу. Однако хлорирование является наименее эффективным по отношению к вирусам. Применение окислительных методов (озонирования, хлорирования) идет с образованием побочных продуктов, классифицируемых нормативами как токсичные. К ним относятся броматы, альдегиды, кетоны и другие. Ультрафиолетовое облучение, в отличие от окислительных технологий, не изменяет химического состава воды. Многочисленные исследования показали отсутствие вредных эффектов после облучения воды даже при дозах, значительно превышающих практически необходимые.

Избыточный активный ил, задерживаемый в отстойнике, отводится в минерализатор осадка. Для аэробной стабилизации активного или и его дальнейшей минерализации в минерализаторе установлены аэратор "Полипор". Аэробная стабилизация заключается в длительном аэрировании избыточного активного ила. Преимущества аэробной стабилизации - отсутствие запаха, взрывобезопасность сооружения. Влажность осадка после отстаивания 97,5-98,5%. Аэробно стабилизированный неуплотненный активный ил обладает лучшей водоотдачей по сравнению с исходным осадком.

Минерализованный уплотненный активный ил обезвоживается в мешочном обезвоживателе до влажности 73-75%.

3. Технологическая схема биологической очистки сточных вод

3.1 Технологическая схема очистных сооружений

3

Рис.8. Технологическая схема очистных сооружений

Комплекс очистных сооружений состоит из насосной станции перекачки, приемной емкости-усреднителя - КНС и станции биологической очистки.

Станция биологической очистки располагается в блок-боксе 12х10 м.

Очистные сооружения хозяйственно-бытовых сточных вод работают следующим образом:

3.1.1 Блок механической очистки

Сточная вода от комплекса зданий по трубопроводу поступает в насосную станцию перекачки через решетку с прозорами 16 мм. Решетка предназначена для задержания крупных механических загрязнений. В насосной станции перекачки установлены погружные насосы, перекачивающие сточную воду в емкость-усреднитель - КНС.

3.1.2 Блок биологической очистки

Блок биологической очистки разделен на две одинаковые (левую и правую) части. Они включают в себя денитрификатор, аэротенк-вытеснитель и вторичный отстойник.

После колонны равного расхода сточные воды по трубопроводу поступают в аноксидную зону - денитрификации (денитрификатор). Денитрификатор оборудован перемешивающим устройством с трехлопастной мешалкой. Далее сточные воды через окно в стенке денитрификатора перетекают в первую зону аэротенка-вытеснителя. Из конца аэротенка эрлифтом в первую зону перекачивается до 50% очищенных сточных вод (нитратный рецикл).

Аэротенк-вытеснитель разделен перегородкой на два коридора. В донной части аэротенка установлены мелкопузырчатые аэраторы "Полипор". В первой и второй рабочих зонах аэротенка над аэраторами смонтированы кассеты для прикрепленной микрофлоры "Поливом" (ПВП).

Для перемешивания иловой смеси в аэротенк поступает сжатый воздух. Подача воздуха производится двумя из трех воздуходувок, две рабочие (работают постоянно), одна резервная.

В конце аэротенка (на водосливе) установлены три эрлифта: два из них - служат для понижения уровня воды в аэротенке в аварийном режиме работы, третий - для перекачивания активного ила в "голову" аэротенка. Избыточные сточные воды возвращаются в емкость-усреднитель - КНС.

Из последней зоны аэротенка смесь активного ила и воды самотеком через верхнюю переливную кромку вертикальной стенки направляется вниз и поступает во вторичный отстойник. Вторичный отстойник служит для разделения активного ила и очищенной воды. Верхняя часть отстойника оборудована сборным лотком, который обеспечивает равномерный по площади отстойника отвод очищенной воды. Взвешенные вещества остаются в донной части отстойника.

Вторичный отстойник оборудован системой эрлифтов. Конструктивно дно отстойника пирамидами разбивается на приямки. Осевший активный ил из приямков вторичного отстойника девятью эрлифтами непрерывно перекачивается из вторичного отстойника через трубопровод в денитрификатор. По мере необходимости производится вывод ила из системы биологической очистки в минерализатор осадка.

3.1.3 Блок доочистки сточных вод

Блок доочистки сточных вод состоит из безнапорного фильтра и резервуара чистой воды (бака постаэрации).

В резервуаре чистой воды (баке постаэрации) происходит дополнительная очистка стоков от органических загрязнений и насыщение очищенной воды кислородом воздуха. Емкость оборудована аэраторами "Полипор". Резервуар чистой воды может использоваться как накопитель очищенной воды, необходимой для одной промывки фильтра.

3.1.4 Блок обеззараживания очищенных сточных вод

Очищенная вода из резервуара чистой воды (бака постаэрации) поступает на две бактерицидные установки (УОВ-15) с ультрафиолетовым жестким излучением (лампы устанавливаются вертикально), в которых происходит уничтожение болезнетворных организмов.

Исходная вода поступает через нижний патрубок, обеззараженная вода выходит через верхний патрубок.

Обеззараженная вода по трубопроводу К4Н сбрасывается в горколлектор.

По мере необходимости оператор производит промывку бактерицидных ламп насосом. Периодичность промывки устанавливается в процессе эксплуатации.

3.1.5 Блок обработки осадка

Блок обработки осадка состоит из минерализатора осадка и обезвоживателя мешочного. На дне минерализатора установлен аэратор "Полипор". За счет непрерывной подачи воздуха иловая смесь в минерализаторе не загнивает и доокисляется.