Режим поступления и очистка городских сточных вод от азота и фосфора

Развитие человеческого общества неизбежно ведет к изменению природной среды. В настоящее время необходимость поддержания — силы, частоты и продолжительности прямых связей в системе «общество-природа» с теми же параметрами обратных связей или реакций природной среды на антропогенное «давление», стала очевидной. Это означает, что взаимодействие человека и природы должно происходить в условиях экологического равновесия, предусматривающего рациональное природопользование и систему защитных инженерно-технических мероприятий.

Из обширного круга вопросов, требующих скорейшего решения, вопросы, связанные со снижением поступления в водные объекты неочищенных сточных вод с городских территорий и в частности поверхностного стока, а также снижения массы поступающих в водотоки биогенных элементов и, как следствие, снижение эвтрофикации водоемов, являются наиболее актуальными для водной экосистемы Балтийского региона.

Поверхностный сток, являющийся одним из источников загрязнения водоемов, характеризуется крайней неравномерностью при поступлении в канализационную систему и высокой степенью загрязнения по целому ряду показателей. Степень изученности расходов, состава и свойств дождевых талых и дренажных (инфильтрационных) вод остается недостаточной. Исследования расходов и состава сточных вод в сухую погоду, периоды выпадения дождей и таяния снега носят зачастую несистемный характер. Существенное значение приобретает оценка количества и качества дренажных стоков, связанных с запасами подземных вод.

В настоящее время недостаточное освещение получили вопросы динамики изменения расходов стока и концентраций загрязняющих веществ, массы загрязнений поступающих на очистные сооружения и в водотоки по целому ряду сочетаний: производственно-бытовых и инфильтрационных, производственно-бытовых, инфильтрационных и талых весенних вод, производственно-бытовых, инфильтрационных и дождевых вод, а также другие варианты совпадения различных категорий сточных вод.

Поступление неочищенных талых или дождевых вод в водоемы носит вероятностный случайный характер, в то время как ежедневно в Финский залив и Невскую губу сбрасывается порядка 19 тонн фосфора и около 0,3 тонн азота. Сброс биогенов ухудшает экологическую обстановку и нарушает налаженную структуру экосистем водоемов, приводя к эвтрофикации (1мг фосфора и 5−10 мг азота в 1 литре продуцируют около 150 мг водорослей). Следствием эвтрофикации является также ухудшение качества воды, появление привкусов и запахов, нарушение кислородного режима, гибель части гидробионтов. Наличие биогенов в воде могут являться причинами заболевания людей. Доочистка сточных вод от соединений азота и фосфора может осуществляться химическими, химико-биологическими и биологическими методами. Наиболее предпочтительными в экологическом и экономическом плане является последний — биологический метод.

В настоящее время в нормативной литературе отсутствуют рекомендации по биологическому удалению азота и фосфора из сточных вод, выбору схем и технологии очистки, отсутствует описание процессов биологической нитрификации, денитрификации и дефосфатирования. Отсутствует концепция управления и рекомендации по проектированию очистных станции с глубоким удалением биогенных элементов.

В диссертационной работе представлены в прямой последовательности два крупных раздела. Первый раздел касается вопросов динамики поступления соединений азота и фосфора в сточных водах в годичном цикле, т. е. в периоды без выпадения атмосферных осадков и периоды поступления на очистные сооружения смесей фекальных сточных вод, а также вод от таяния снега и выпадения дождей. Во втором разделе рассмотрены вопросы глубокого удаления соединений азота и фосфора из сточных вод биологическим методом в реакторах со взвешенной культурой и освещены некоторые параметры вторичных загрязнений при применении технологии удаления биогенов.

Широкий круг затрагиваемы в настоящей работе задач опирается на опыт и результаты исследований поверхностного стока, проведенные П. Ф. Горбачевым, H.H. Беловым, Г. Г. Шигориным, М. В. Молоковым, Н. К. Чижовым, А. А. Суриным, Б. О. Ботуком, Г. Л. Заком, Л. Т. Абрамовым, B.C. Дикаревским, А. П. Нечаевым, М. И. Алексеевым, А. М. Кургановым и другими специалистами. Работу над вопросом совместного удаления соединений азота и фосфора из сточных вод невозможно было провести без исследований H.A. Базякиной, К. Н. Королькова, С. В. Яковлева, С. М. Шифрина, Я. А. Карелина, Ц. И. Роговской, Т. А. Карюхиной, Э. С. Разумовского, H.A. Лукиных, Б. Г. Мипгукова, Л. И. Гюнтер и целого ряда других специалистов.

Данная работа выполнена в период обучения диссертанта в аспирантуре по кафедре «Водоотведение и охрана водных ресурсов» (ВиОВР) Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета, при научном руководстве д.т.н., профессора кафедры «ВиОВР» Б. Г. Мишукова и научного консультанта д.т.н., профессора кафедры «Водоснабжение и рациональное использование водных ресурсов» (ВиРИВР) СПбГАСУА.М.Курганова.

При выполнении экспериментальной части работы большая помощь была оказана сотрудниками Пушкинского филиала ГУП «Водоканал СПб» и Пушкинской станции аэрации, а также сотрудниками Северной и Красносельской станций аэрации г. Санкт-Петербурга.

Автор выражает глубокую благодарность всем специалистам ГУП «Водоканал СПб» и ряда проектных организаций за оказанную помощь в процессе работы над диссертацией.

Анализ материалов по изучению режимов поступления азота и фосфора на очистные сооружения. Постановка задач исследований.

Поступление на очистные сооружения сточных вод, как отмечено в /1, 11, 23, 34, 47,55, 57, 61−63, 66, 86, 89, 94, 124, 129, 131, 132/ подвержено значительным колебаниям. Колебания расхода и состава носят случайный (стохастический) характер /23, 28, 61, 66, 94, 129, 131/. Нестационарность характера поступления стоков приводит к трудностям в поддержании оптимальных условий эксплуатации, снижению эффективности работы сооружений и ухудшению качества очищенных сточных вод. Нестационарность поступления сточных вод на очистные сооружения обусловлена большим числом факторов, которые можно разделить на несколько групп: суточные колебания расхода и состава поступающих на очистку производственно-бытовых вод, обусловленные своеобразным укладом жизни населениясезонные изменения расходов и концентраций загрязняющих компонентов производственно-бытовых и инфильтрационных сточных водкратковременные циклы, вызванные поступлением поверхностного стока (дождевых и талых вод).

Такое деление условно, но оно необходимо для дальнейшего рассмотрения процесса поступления соединений азота и фосфора на очистные станции.