Очистка сточных вод от азота и фосфора

Очистка сточных вод от азота и фосфора — это процесс удаления этих элементов из сточных вод, чтобы предотвратить их негативное воздействие на водные экосистемы. Избыток азота и фосфора может привести к эвтрофикации, что вызывает чрезмерный рост водорослей и ухудшение качества воды.

Многократный выпуск в водоемы рыбохозяйственного назначения загрязненных вод, содержащих такие элементы, как азот и фосфор, в количествах, превышающих установленные нормативные сбросы (ПДК — предельно допустимые концентрации), ведет к их систематическому накоплению.

Начинают с большой скоростью размножаться определенного вида бактерии, которые приводят природные бассейны к «цветению». В результате разрастания сине-зеленых водорослей ограничивается прохождение солнечных лучей вглубь пруда. Это, в свою очередь, вызывает отсутствие выделения кислорода в надонных растениях, который используется для дыхания рыб.  Особенно эвтрофикации способствуют: повышенная температура окружающей среды  и присутствие застойных зон. 

Для предотвращения зарастания акваторий следует свести к минимуму содержание N (азота) и Р (фосфора) при сбросе их в водоем.

Для этого крайне важно подобрать оптимальную для каждого конкретного случая технологическую схему (ТС) очистной установки. Оборудование для снижения выше перечисленных элементов подбирается с учетом типа и расхода стоков, а также присутствия в них загрязняющих составляющих. Наибольшее влияние на «цветение» озера оказывает Р-РО4 (фосфат-ион). Методы выделения фосфорного элемента из сточных сливов рассмотрим далее.

Методы удаления фосфора из стоков

Поступление Р-РО₄ (Фосфат-ионов) в водные объекты с загрязненными хозяйственно-бытовыми и производственными сливами связано:

• с использованием в настоящее время больших количеств разнообразных моющих средств, которые, как правило, изготавливаются на фосфорной основе
• с фекалиями людей и животных
• с работой промышленных производств, таких, например, как мясокомбинаты

Фосфор попадает в природные акватории как в однородной смеси с водой, так и в нерастворенной формах, в виде органических и неорганических составляющих. Р-РО4 в труднорастворимом содержании в биореакциях в аэрационных блоках не участвует. Взвешенные частицы его удаляются из очищаемых сбросов с помощью механических способов, например, отстаиванием. Результативность составляет 8-10%. Осаждение также можно сочетать с обработкой сливов реагентами, а именно сернокислым алюминием или железосодержащим препаратом.

При этом эффект удаления фосфоросодержащих элементов повышается до 60-70%. В диапазоне рН среды от 4,5 до 8,0 предпочтительней использование алюмосодержащих коагулянтов. Спектр работы железосодержащих веществ находится в более широких пределах: 4-6, 8,5-10,5. Если не соблюдать вышеперечисленные рекомендации, в очищенной сточной воде будет наблюдаться увеличенное остаточное присутствие металлов.

Принцип химической обработки фосфора состоит в образовании нерастворимых фосфатно-реагентных комплексов, выпадающих в осадок, а также благодаря сорбции нерастворимых соединений фосфора хлопьями гидроокисей.

При вводе в очищаемые сбросы AL₂(SO4)₃ (сульфата алюминия) или Fe₂(SO4)₃ (сульфата железа) щелочность понижается, т.к., согласно химреакции, при этом выделяется кислота, которая нейтрализуется щелочностью самой жидкости, в результате чего рН падает. Поэтому зачастую стоит применять коррекцию кислотности путем введения небольших величин щелочных препаратов, например, кальцинированной соды. Доза коагулянта зависит от места, куда он дозируется и от требований, предъявляемых к его концентрации в очищенных массах.

Введение алюмо- или железосодержащего коагулянта возможно в различные точки технологической схемы:

• перед первичным отстаиванием 150 мг/л
• непосредственно в аэротенки 80-90
• перед вторичным отстойником 20-25

При биологическом способе фосфаты потребляются микроорганизмами на прирост своих клеток. Наибольшая часть малорастворимого Р сорбируется хлопьями активной биофлоры.

Таким образом, растворенные и взвешенные фосфорные соединения выводятся из биосистемы с избыточным биоценозом бактерий. Но микроорганизмы в обычных условиях потребляют фосфатные группы исходя из соотношения С (углерод):Р (фосфор) = 100:1, что недостаточно для потребления всех форм Р, содержащихся в сточной воде. Эффект снижения составляет ориентировочно 30–50%.

При технологической разработке с улучшенным биоудалением Р важное значение имеет отсутствие растворенного кислорода и нитратных групп в потоке загрязненных масс и возвратном иле. Т.к. N-NO₃ содержат в своем составе химически связанный О₂, который будет приводить к окислению органического субстрата, столь нужного для нормального протекания дефосфотации.

Для снижения концентрации N-NO₃ следует поток рециркулирующей микрофлоры направить в отдельную емкость, так называемую аноксидную. Более подробно функцию этой емкости рассмотрим позже. Негативная сторона заключается в его обратном выделении при механическом обезвоживании осадка. При длительном гравитационном уплотнении шлама в специальных сооружениях происходит распад клеток и, как следствие, выделение Р.

Технолог, разрабатывающий технологическую схему, должен принимать меры по снижению времени пребывания осадка в илоуплотнителях и вторичных отстойниках, по рекомендации нормативных документов — не более трех часов, предусматривать на этапе механического обезвоживания ввод реагентов для связывания фосфатов в нерастворимые формы. Поэтому при использовании биодефосфотации на заключительном этапе применяют 2 отделения отстойников с тонкослойными модулями:

1 – для освобождения воды от ила (зона отстаивания)
2 – для отделения от осадка, образующегося при введении в него небольшой дозы препарата (зона доочистки)

Ступень отстаивания характеризуется тем, что ил, образующийся в оксидной секции биореактора, направляется в начало технологической схемы, т.е. в аноксидную, во-первых, для освобождения от N-NO₃, во-вторых, для поддержания оптимальной дозы биоценоза в системе. На этой ступени лучше не предусматривать реагентное добавление, т. к. снижение рН среды и выделение металлов может отрицательно повлиять на ход биореакций.

При превышении образования биофлоры над оптимальным его количеством избыток отводится на мех. обезвоживание. Перед установкой биомасса подвергается обработке флокулянтом, на образующихся хлопьях происходит адсорбция фосфора. Зона доочистки целенаправленно устанавливается для изъятия остаточных взвешенных форм, в т. ч. и Р. Водная часть при этом смешивается с коагулянтом и флокулянтом. Осадок с помощью насосного или эрлифтного оборудования отводится на установку обезвоживания.

При поступлении разбавленных сбросов с нехваткой органосубстрата в схему задействуются первичные отстойники — сбраживатели образующегося осадка. Метод является эффективным с технологической точки зрения. Он позволяет, помимо насыщения сливов органикой, восстанавливать седиментационные, флокулообразующие свойства активного сообщества микроорганизмов при их нарушении.

Сущность ацидофикации заключается в длительном пребывании осадка при отсутствии кислорода воздуха, что способствует разложению углеродной составляющей органики и жиров до низкомолекулярных, легкоусваиваемых кислот и спиртов. Важными факторами для сбраживания являются температура (не менее 15 °C) и рН диапазон — 6,2-7,6. Пополнение запасов органических веществ в стоках может быть организовано путем применения добавки, например, уксусной кислоты. Но при ее использовании нужно осуществлять автоматизацию контроля достаточности для процесса и дозирования. Кроме того, уксусная кислота обладает токсичными свойствами, важно ее разбавление до безопасной концентрации. Для работы с ней желательно иметь отдельное помещение с хорошей кратностью воздухообмена.

При использовании традиционных методов очистки, без создания оптимальных условий для протекания биодеструкции, остаточное присутствие фосфатных соединений на заключительной стадии после биодеструкции компонентов необходимо удалять на специальных фильтровальных сооружениях. Для этих целей хорошо себя зарекомендовали скорые фильтры с зернистой загрузкой. При введении флокулянта перед вторичными отстойниками в комплексе с песчано-гравийными фильтрами с восходящим потоком обеспечивается изъятие фосфора до 95%.

Методы удаления соединений азота из сточных вод

Азотные соединения поступают в сточные сливы:

• вместе с продуктами жизнедеятельности людей
• в результате работы предприятий пищевой промышленности (мясокомбинатов, молокозаводов)
• в связи с работой химических комбинатов (по производству карбамидов)

В сточных водах азот (N) представлен в минеральной и органической формах.

Органический азот входит в состав таких компонентов, как белки, аминокислоты, пептиды и т.п. Неорганические соединения N — это растворенный аммиак, соединения аммония, нитриты, нитраты.

При нейтральной или кислой среде N преобладает в виде аммония, в щелочной – в аммиачной. Коагулирование и отстаивание практически неэффективны в отношении азота аммонийного (NН₄). Для удаления из стоков аммонийного азота (N-NH₄₎ наиболее эффективно применяется нитрификация, протекающая в аэрационном биореакторе, которую осуществляют микроорганизмы-нитрификаторы. Азот аммонийный N-NH₄ под действием кислорода воздуха в таком сооружении окисляется до нитритов, а затем до нитратов N-NO₃.

При подборе необходимой секции аэрации, достаточной для обоих процессов, технологом должны быть проведены специальные расчеты на определение скоростей биологического окисления как для органических веществ, так и для солей аммония. А затем полученные данные сравниваются, объем считается по наиболее продолжительному процессу. Нитрифицирующую биомассу можно сохранить в системе, только если тщательно контролировать их величину. Контроль может осуществляться не только практическим образом, при эксплуатации очистных сооружений, но и теоретически, путем проведения расчетов по возрасту биоценоза. Согласно нормативной документации, он должен составлять не менее 8 суток. При наладке очистных сооружений выгрузку избыточного ила из секций вторичного отстаивания не рекомендуется осуществлять слишком часто. Иначе медленно растущие нитрификаторы просто перестанут образовываться. А также это плохо сказывается на седиментационных свойствах ила, потому как в биосистеме будет присутствовать только «молодой». А «старый» же, который отвечает за нормальное осаждение, — в очень малых количествах.

Это может привести к увеличению проскока взвесей в осветленной жидкости. При повышенных нагрузках БПК (биохимическое потребление кислорода) на беззольное вещество биомассы аммонийный азот снижается не более чем на 35%. Поэтому еще одним путем интенсификации нитрификации является применение технологической загрузки в аэрационных сооружениях, которая способствует развитию прикрепленной микрофлоры ила. При увеличении дозы микроорганизмов, соответственно, увеличивается доля в них нитрификаторов и скорость повышается. Кроме того, выделение биогенных форм характеризуется достаточно высоким временем пребывания стоков в биореакторах. Применение же загрузки повышает эффективность очистки без расширения объемов. Сочетание взвешенной и иммобилизованной позволяет:

• увеличить возраст активной биомассы
• проводить в одном блоке как биодеструкцию, так и нитри-денитрификацию
• минимизировать «вспухание»

Также на скорость нитрификации оказывают влияние:

1. Доля растворенного кислорода в иловой смеси. Оптимальное его присутствие 3,5 мг/л. Воздух необходим для реализации нескольких функций – перемешивания иловой смеси и дыхания.
2. Температура для удовлетворительной нитрификации находится в пределах от 10 до 35 °C. При температуре свыше 35 °C белок коагулируется, что ведет к прекращению обмена веществ, и клетки отмирают.

Для очистки хозбытовых и производственных сливов от азота предусматривается специальное сооружение – денитрификатор, в котором нитратные группы переходят в газообразное состояние.

Для этого необходимо наличие достаточного количества органических соединений. Для сокращения расхода зачастую целесообразно обеспечить перевод трудноокисляемой части в биодоступные формы органики путем анаэробной обработки. Продукты метаболизма деструкции являются питательной средой для нитроденитрифицирующих бактерий, что позволяет снизить дозировку субстрата. В биореакторах-денитрификаторах создаются особые аноксидные условия, которые заключаются в следующем:

• Минимальное содержание растворенного кислорода ориентировочно 0,15-0,3 мг/л.
• Наличие химически связанного кислорода. Для нормального функционирования анаэробных бактерий в таких сооружениях должны быть установлены погружные мешалки. Оптимальный диапазон рН среды лежит в пределах 7,5-8,0.
• Для успешной организации анаэробно-оксидных ступеней нужно строгое разграничение этих зон, например, путем устройства перегородок в аэротенке.
• Для образования микрофлоры, развивающейся в конкретных условиях, лучше всего разделять их между собой путем установки для каждой из них своего отстойника.

Существуют различные варианты очистки стоков от азота. Подробнее рассмотрим двухступенчатые, с расположением денитрификатора в начале и в конце технологической схемы. В первом варианте предусматривается рецикл иловой смеси после аэробной ступени. В этом случае эффективность ограничена количеством N-NO₃, поступающих с возвратным потоком.

Усовершенствовать технологию возможно благодаря введению дополнительного нитратного рецикла. Это обеспечивает необходимое удаление из системы азота до жестких норм сброса в водоем.

Технология предусмотрена для приема среднеконцентрированных стоков по органическому субстрату. Вариант с постденитрификацией позволяет совершать обработку высококонцентрированных по углеродным соединениям и с низким количеством аммоний-иона вод. В аэрационном отсеке окисляется только часть органических веществ, а оставшаяся задействована на восстановление N-NO₃ до газообразного азота. В результате чего добавка внешнего препарата исключается. Кроме того, достоинством является отсутствие накладных расходов (сокращение электрозатрат, удобство в эксплуатации).

За подбором технологической схемы очистки сточных вод от азота и фосфора обращайтесь к специалистам компании ООО «НПО «Агростройсервис» по телефонам 8-800-222-45-62, 8-8313-34-75-40. Вы получите объемную консультацию и решите свою проблему с очисткой сточных вод!