Основными задачами при достижении современных требований к качеству очищенной воды являются удаление биогенных элементов. Азот и фосфор являются биогенными элементами, постоянно присутствующих в городских сточных водах.
Удаление биогенных элементов из сточных вод в процессе биологической очистки является одной из основных проблем при очистке сточных вод.
Повышенное загрязнение водоисточников из-за недостаточной мощности и эффективности работы существующих сооружений по очистке сточных вод, их отсутствия в местах расположения промпредприятий, сброс недостаточно или совершенно неочищенных стоков приводит к нарушению санитарно-химического и гидробиологического режимов водных объектов. Повышенное содержание соединений азота и фосфора в сточной воде приводит к зарастанию водоемов (эвтрофикации), что в свою очередь вызывает гибель рыб и других представителей водной флоры и фауны. В связи с этим встает проблема более эффективной очистки сточных вод от соединений азота и фосфора. Из всех возможных методов очистки сточных вод от соединений азота и фосфора (биологические, химические, физико-химические), биологический метод очистки является наиболее эффективным и доступным.
Одним из методов, позволяющих изъять из сточных вод около 85% азота, является последовательное применение процессов биологической нитрификации и денитрификации и дефосфотации. Внедрение технологии нитри-денитрификации и дефосфотации на сооружениях биологической очистки позволяет снизить концентрацию азота и фосфора в очищенной воде до значений ПДК для рыбохозяйственных водоемов.
Целью данной работы стало: интенсифицировать удаление азота и фосфора при биологической очистке городских сточных вод. Для этого: провести кинетические исследования процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации. На основании этих исследовании установить технологические параметры работы аэротенка, обеспечивающие очистку сточных вод до норм рыбохозяйственных водоемов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1) определить кинетические характеристики процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации в зависимости от БПК, концентраций кислорода, нитратов, аммонийного азота, фосфатов.
2) установить эффективность удаления соединений азота и фосфора из городских сточных вод при изменении вышеуказанных параметров.
3) на основании полученных кинетических характеристик провести расчеты технологических параметров работы сооружения, при которых возможно достижение норм рыбохозяйственных водоемов.
4) дать математическое описание процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации.
Настоящий этап исследований позволил отработать регламент эксплуатации сооружения в выбранном более эффективном режиме для технологии нитри-денитрификации и дефосфотации.
В главе 1 (литературном обзоре) рассмотрена проблема удаления соединений азота и фосфора из сточных вод городских станций аэрации. Коротко изложена биохимия процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации. Рассмотрены исследования по нитрификации, денитрификации и дефосфотации в различных условиях.
В главе 2 (экспериментальной части) описана методика проведения эксперимента процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации.
Каждый коридор аэротенка рассматривался как ячейка идеального смешения, поэтому эксперименты проводились в емкости, работающей в режиме идеального смешения. Изменение концентрации анализируемых веществ происходит во времени по длине коридора аэротенка. Время нахождения смеси в аэротенке соответствует времени нахождения иловой смеси в экспериментальном реакторе. В каждый конкретный период времени.
Биологическое удаление азота и фосфора из городских сточных вод". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. концентрация анализируемого вещества соответствует концентрации этого вещества в аэротенке в той точке аэротенка, которая соответствует времени нахождения в аэротенке. Достоверность экспериментальных данных была подтверждена данными реального сооружения.
Описаны методики определения БПК, дозы ила, нитратов, фосфатов и ионов аммония.
Приведены основные расчетные формулы удельной константы скорости процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации.
В главе 3 проводится обсуждение результатов. Описаны все полученные зависимости и приведены рисунки зависимостей процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации в зависимости от БПК, концентраций кислорода, нитратов, аммонийного азота и фосфатов.
В главе 4 приводится расчет параметров работы сооружения, приведена математическая модель, описывающая процесс биологического окисления.
V. Выводы.
1. В результате проведенных анализов показано, поступающая на очистные сооружения г. Воскресенска сточная вода не очищается от азота и фосфора до требуемых норм рыбохозяйственных водоемов. Определено, что эффективность удаления аммонийного азота составляет около 60%, эффективность удаления фосфора около 30%.
2. Проведенные исследования процессов нитрификации, денитрификации и дефосфатации позволили получить константы скоростей этих реакций, на основе которых рассчитаны рабочие параметры работы сооружения, позволяющие интенсифицировать его работу. Предложен следующий режим работы аэротенка: значение рецикла возвратного активного ила 0,35- значение нитратного рецикла 3,4- соотношение времен аэрации и отсутствия аэрации — 55 и 25 минут соответственно.
3. Показано, что разработанный режим работы сооружения увеличил эффективность нитрификации в среднем на 35%, денитрификации — в среднем на 80%, что позволило достичь ПДК рыбохозяйственных водоемов на выходе из аэротенка.
4. Показано, что изменение конструкции аэротенка, путем организации в первом его коридоре анаэробной зоны, позволило увеличить эффективность дефосфатации до 70%.
5. Установлено, что при рассчитанном режиме работы сократилось время пребывания сточной воды в аэротенке, что позволило сократить расход энергии на аэрацию на 11% и увеличить производительность аэротенка на 11%.
6. Показано, что ПДК рыбохозяйственных водоемов по фосфору можно достичь при доочистке сточных вод с использованием известкового молока или смеси сульфата алюминия и хлорида железа (в соотношении 1:2).
