Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Глубокая биологическая очистка сточных вод от биогенных элементов (литературный обзор). 8
Выводы 41
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование процессов глубокой биологической очистки сточных вод с удалением биогенных элементов 42
2.1. Удаление органических соединений в аэробных условиях 45
2.2. Процесс нитрификации 48
2.3. Процесс денитрификации 51
2.4. Анаэробное окисление азота (Anammox) 57
2.5. Биологическое удаления фосфора 60
Выводы 64
ГЛАВА 3. Исследование глубокой биологической очистки сточных вод с использованием прикреплённой биомассой на процессы удаления биогенных элементов 65
3.1. Задачи исследований 65
3.2. Моделирование исскуственной сточной воды и методы анализа 67
3.3. Технологическая схема Ml. Методы проведения исследования. Результаты исследований и их обсуждение 67
3.4. Технологическая схема М2. Методы проведения исследования. Результаты исследований и их обсуждение 96
3.5. Технологическая схема МЗ. Методы проведения исследования. Результаты исследований и их обсуждение 112
Выводы 126
ГЛАВА 4. Определение константы кинетики скорости изъятия субстрата из экспериментальных данных. Моделирование биореактора с прикрепленной биомассой 127
4.1. Химическая кинетика реакции 127
4.2. Теория ферментативной кинетики. Уравнение Михаэлиса-Ментена 132
4.3. Применение законов биохимической для области биохимической очистки сточных вод 134
4.4. Моделирование биореактора в условии стационарной кинетики 137
Выводы 145
ГЛАВА 5 Практическое применение результатов исследований 146
Выводы 164
Общие выводы 165
Список литературы
- Процесс нитрификации
- Моделирование исскуственной сточной воды и методы анализа
- Технологическая схема М2. Методы проведения исследования. Результаты исследований и их обсуждение
- Теория ферментативной кинетики. Уравнение Михаэлиса-Ментена
Введение к работе
Поступление биогенных веществ оказывает существенное влияние на состояние водоёма. Но процесс антропогенного эвтрофирования обратим. При прекращении поступления в водоём хотя бы одного из биогенных элементов, качество воды в водоёме восстанавливается, поэтому, для предотвращения эвтрофикации водоёмов в различных странах мира были
* введены нормативы, лимитирующие сброс биогенных элементов в водные
объекты. В странах ЕС норма выпуска по биогенным элементам ужесточена и
составляется 10 мг/л по общему азоту и 1 мг/л по фосфору [42 ], в Китае эти
цифры составляются 15 мг/л и 0,5 мг/л соответственно [79]. Наиболее
жесткие требования по норме выпуска биогенных элементов предъявляются в
Российской Федерации, так например, установленные предельно допустимые
концентрации (ПДК) по аммонийному азоту (NH4+ -N) составляет 0,39 мг/л,
*' азоту нитритов (NO2" -N) - 0,02 мг/л, азоту нитратов (N03~ -N) - 9,1 мг/л .
Согласно действующим ПДК в России при сбросе сточных вод в водоёмы с 1991 года были установлены ПДК на содержание фосфатов. В последней редакции норм [42, 29] были введены предельно допустимые концентрации фосфатов для водоёмов различного уровня трофности : 0,2 мг Р/л для эвтрофных, 0,15 мг Р/л для мезатрофных и 0,05 мгР/л для олиготрофных водоёмов.
- Ухудшение качества воды водных объектов напрямую связано с
развитием процессов антропогенного эвтрофирования. Для решения этой сложной проблемы необходимо максимально снизить сброс в водные объекты биогенные вещества - соединения азота и фосфора.
В последние годы нормативы по сбросу биогенных веществ в водные объекты России были значительно ужесточены (до 0,05 мгР/л для олиготрофных водоёмов) и, в настоящее время, существенно превышают мировые стандарты.
«
Ф Городские сточные воды являются одним из основных источников
поступления биогенных элементов в водоёмы. Подавляющее большинство коммунальных очистных сооружений, построенных ранее в России, не были предназначены для глубокой очистки сточных вод (содержащих в своём составе соединения азота и фосфора) до требуемых нормативов. Это было связано, прежде всего, с тем, что ранее использованная директивная
ф базы, а также нормативная база для проектирования очистных сооружений
(СНиП 2.04.03-85 и др.) не принимала в расчёт необходимость столь глубокого удаления из очищенных сточных вод биогенных элементов. В настоящее время учёные всего мира уделяют большое внимание разработке новых и усовершенствованию существующих методов очистки сточных вод от биогенных элементов. Вопрос удаления органических веществ и биогенных веществ является первоочередным шагом в направлении
^ улучшения качества очищенных сточных вод и в наибольшей степени
отвечает задачам улучшения экологического состояния водной среды.
Целью настоящей работы является: разработка и исследование технологии глубокой биологической очистки бытовых сточных вод на биофильтре затопленного типа (биореакторе). Задачи работы:
1. Исследование процесса удаления биогенных элементов с
использованием прикреплённой на носителе активной биомассы
доочистки биофильтра затопленного типа стадии доочистки.
2. Исследование процесса удаления биогенных элементов с
использованием прикреплённой на носителе активной биомассы
биофильтра затопленного типа (биореактор).
3. Изучение закономерностей удаления соединений азота и фосфора в
процессе биологической очистки использованием прикреплённой на
носителе активной биомассы.
Определение кинетических параметров и математических зависимостей процессов глубокой биологической очистки с использованием прикреплённой на носителе активной биомассы.
Определение оптимальных условий процесса и технологических параметров для расчёта необходимого количества загрузочного материала, режима подачи воздуха.
Теоретическая разработка методики расчета и моделирования для биофильтров затопленного типа ( биореакторов ).
Практическое применение разработанных технологических схем для реконструкции или строительства новых очистных сооружений.
Научная новизна
Экспериментально доказана возможность удаления соединения азота на затопленном биофильтре (биореакторе).
Разработана новая конструкция затопленного биофильтра с пониженной кислородной и аэробной зонами, позволяющая получать высокий эффект очистки по основным показателям: органические соединения, взвешенные вещества и азотные соединения.
Экспериментально доказана стабильность и устойчивость биологической системы очистки сточных вод от органических веществ и соединений азота с использованием прикреплённой на носителе активной биомассы.
Получены кинетические параметры и математические зависимости для описания процесса биологической очистки сточных вод в биореакторе с загрузочным материалом.
Теоретически разработана методика расчёта новой конструкции затопленного биофильтра (биореактора).
Практическая значимость
- Разработаны новые технологические схемы глубокой очистки
сточных вод от взвешенного вещества, органических веществ и
б
соединений азота с использованием прикреплённой на носителе
активной биомассы. - Определены основные технологические параметры работы
биореактора для обеспечения глубокого удаления соединений азота
и из сточных вод. Внедрение результатов
На основании результатов проведённых исследований разработан методический подход к реконструкции или проектированию вновь строящихся очистных сооружений.
На основании полученных результатов выданы рекомендации на проектирование реконструкции типовых очистных сооружений малой и средней мощности в республике Вьетнам.
Предложены новые технологические схемы глубокого удаления биогенных элементов из бытовых сточных вод для небольших городов и населённых пунктов.
Процесс нитрификации
Нитрификацию осуществляют бактерии - автотрофы, которым углерод необходим в неорганической форме (углекислота, карбонаты, бикарбонаты). Нитрифицирующие бактерии (нитрификаторы) являются гомогенной группой автотрофных бактерий, характеризирующихся низким приростом бактерий нитрификаторов из-за невысокого коэффициента энергии процесса Ф окисления аммонийного и нитратного азота. Низкий прирост нитрификаторов является главной проблемой для процесса нитрификации в сооружении биологической очистки сточных вод, работающих по классической схеме биологической очистки [16,72]. Процессы нитрификации протекает в две стадии: (см. схема 2.7): 1. Первая стадия - окисление аммиака (NH/) до нитритов (NCV) осуществляют представители так называемых бактерии группы NITROSO-: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira и Nitrosovibrio. ш 2. Вторая стадия нитрификации осуществляется за счёт окисления азотистой кислоты (нитриты) до азотной (нитраты). Нитрификаторы второй стадии относятся к родам NITRO- как: Nitrobacter, Nitrospira, Nitrospina, Nitrococcus, Nitrocystis, Nitrobacter. Процессы нитрификации проходят при наличии в системе растворенного кислорода (Ог). NH/ = NH2 = X = N02- = N03- (2.8) , Реакции связаны с энергетическими процессами окисления аммиака (NH/). NH/ + 202+ 2НСО/ = N03 + 2 Н2С03+ Н20 (2.9) и синтеза клеточного вещества: 14NH4++24HCOi = 4Н2С& +10NO3 +2 Н2С03+22Н20+ 4CsH702N (2.10) т.е. реакция окисления аммония солевого сопровождается потреблением веществ, обусловливающих щелочность воды (см. 2.10). Общая реакция с учётом количеств аммиака, расходуемых на синтез и энергию: Ж/+1,7602 +1,98 HCO3 = 0,98 N03" +0,02 CsH?02N +1,04 H20 + 1,88H2C03 (2.10.a)
Из последнего балансового уравнения (2.10a) можно подсчитать, что выход беззольного вещества ила на 1 мг/л окисления азота составляет (0,02 113)/0,98 14 = 0,16 мг/мг N. Это явление определяется тем, что прирост Nitrosomonas в несколько раз больше, чем Nitrobacter.
В практике проектирования очистных сооружений в США кинетика процесса нитрификации обосновывается положением, что общая скорость реакции определяется развитием Nitrosomonas [80, 68,46].
Факторами, которые оказывают влияние на процессы нитрификации, являются: (а) концентрация субстрата, (б) температура, (в) концентрация растворённого кислорода, (г) рН и (д) токсичные компоненты. а) Известно, что концентрации нитрита (NO2 ) и нитрата (NCV) оказывают влияние на максимальную скорость роста Nitrosomonas и Nitrobacter и соответственно на эффективность процессов нитрификации. Эффект каждого компонента можно описать уравнением Моно. S М = к +s (2.11.) Где: ц - скорость роста нитрификаторов, (сут " ) И1 мах, - максимальная скорость роста нитрификаторов, (сут "3) S - концентрация субстрата, (мг/л) Kg — констант насыщения субстрата, (мг/л). б) Эффект температуры на процесс нитрификации определяется по формуле (2.5). В диапазоне 10-20 С нитрификаторы хорошо развиваются и достигают максимальную скорость роста при температуре 30-35 С. Между 35-40 С скорость роста нитрификаторов уменьшается, а в режиме термофильной температуры (50-60 С) процесс нитрификации не происходит, в) Нитрификаторы очень чувствительны к содержанию растворённого кислорода, кинетика влияния которого может быть уравнением Моно (2.6). Нитрификация может происходить при высокой концентрации кислорода, например, в сооружениях очистки сточных вод, использующим чистый технический кислород (окситенки и др.), концентрация 60 г Ог/м не ингибирует процесс нитрификации. На практике, при проектировании аэротенков, минимальная концентрация растворённого кислорода рекомендуется 2 (мг/л). На рис. 2.2. показано влияние концентрации растворённого кислорода на скорость нитрификации. г) для оптимизации процесса нитрификации значение рН рекомендуется в диапазоне от 7,2 до 8,5. Для комбинированного процесса удаления БПК и нитрификации эффект влияния рН на скорость роста нитрификаторов может быть определена по формуле: ц = ц [1-0,833( 7,2-рН)] (2.12) На основе прироста Nitrosomonas отношение между скоростью нитрификации и значением рН изображено графиком 2.3.
Моделирование исскуственной сточной воды и методы анализа
Анализы проводились по методикам: фосфаты — РД-204.2.15-96; БПК5 — РД-118.02.2-85; ХПК - РД-118.02.1-85; взвешенные вещества - РД-118.02.7-88; Азот аммонийный - РД-204.2.12-96; Нитриты - РД-204.2.13-96; Нитраты - РД-204.2.14-96; Общий азот определяется по общим методикам [23,24]; Параметры активного ила оценивались по общепринятым методикам [24]. Для определения количества растворенного кислорода использовался экспресс-метод на приборе «Анализатор кислорода портативный многофункциональный» - АКПМ-02_05 НЖЮК 941429.000-02ПС с показателями температуры и 02.
Все полученные данные исследований обрабатывались на персональном компьютере с применением программ Microsoft Word 7.0. и Microsoft Excel 7.0. Все приведенные в работе графики построены с применением программы Microsoft Excel 7.0.
Технологическая схема Ml и методы проведения исследования Результаты исследования и их обсуждение.
Исследования проводились на лабораторных моделях, работающих в проточном режиме. Лабораторная модель Ml представляет собой двух ступенчатую схему очистки, состоящуюся из (1) бака подачи сточной жидкости, (2) блока очистки, обозначенный А-0 (1-ая ступень) и (3) блока доочистки, обозначенный В1 и В2 (II- ступень). Блок очистки А-О (1-ая ступень) состоит из аэротенка (А) и отстойника (О), которые работают с взвешенным активным илом. Блок доочистки (II- ступень) представляет собой 4-х секционный биореактор с загрузкой и отстойник (5-ая секция), (см, рис 3.3 ). Технологические параметры модели М-1 представлены в таблице 3.2.
Блок очистки (1-ая ступень): Для моделирования аэротенка (А) была использована колонна из органического стекла объёмом Va- 6 (л), внутренним диаметром 100 (мм) и колонна отстойника (О) объемом Vo =1,5 (л), внутренним диаметром 50 (мм). Аэротенк (А) и отстойник (О) оборудованы вваренными по высоте патрубками, диаметром 10 мм, с резиновыми шлангами и зажимами для подачи сточной жидкости и отвода смеси очищенной сточной жидкости и активного ила во вторичный отстойник (О), а также для отбора проб. Воздух в аэротенк подавался компрессором через керамический фильтрос. Интенсивность подачи воздуха регулировалась с помощью зажимов и кранов. Рециркуляция активного ила (R%) осуществлялась при помощи эрлифта. Подача поступающей сточной воды производилась из бака объёмом 50 л.
Блок доочистки (II- ступень) представлял собой биореактор, работающий по принципу затопленного биофильтра. Для моделирования блока доочистки была использована прямоугольная ёмкость из органического стекла размером (а х b х h = 680 х 100 х 270 мм), разделенная на 5 секций поперечными перегородками. Секционирование позволяло уменьшить продольное перемешивание стока, обеспечивающее более полное приближение технологического режима модели к режиму вытеснителя, (см. рис 3.2). Рабочий объём каждой секции 1, 2, 3, 4, 5 составлял соответственно 2,7(л); 4(л); 4(л); 4(л); 2,7(л), (см. табл.3.2). Блок биореактора доочистки моделирован так, чтобы секции 1 и 2 работали при концентрации растворённого кислорода порядка 02=0,5 мг/л, а секции 3 и 4 работали при концентрации растворённого кислорода Ог 4-5 мг/л. Таким образом, моделированный блок биореактора доочистки состоит из 2-х последовательных биореакторов В1 и В2 объёмы, которых соответственно составляли 6,7 (л) и 8 (л), (см. рис 3.1). В качестве загрузочного материала для иммобилизации микроорганизмов использовался загрузочный материал «ПОЛИВОМ».
Техническая характеристика загрузочного материала «ПОЛИВОМ»: - исходное сырьё ПВД 15803 (ГОСТ 16337-77); - толщина листа 4 мм; - объёмная удельная масса 100кг/м3; - удельная поверхность адгезии 3000 м /м .
Листы загрузки, имеющие прямоугольную форму (размером 9x8 см), были расположены вертикально по отношению к потоку жидкости и размещены в шахматном порядке, для обеспечения наилучших условий для использования загрузочного материала с прикреплёнными микроорганизмами по всему объёму биореактора, (см. рис 3.1а, 3.16.). Расстояние между листами загрузки составляло от 25 (мм) до 30 (мм). В каждой секции биореактора 1,2, 3, 4 были размещены листы «ПОЛИВОМ» с общей площадью соответственно 448; 940,5; 940,5; 940,5 (см ). Объём и площадь поверхности адгезии загрузки в каждой соответствующей секции составляли 179; 376; 376; 376 см и 0,03; 0,07; 0,07; 0,07 м . Также как и в аэротенк, воздух в биореактор подавался компрессором через керамический фильтрос, интенсивность подачи воздуха могла регулироваться при помощи зажимов и кранов.
Технологическая схема М2. Методы проведения исследования. Результаты исследований и их обсуждение
Искусственная сточная вода, используемая во втором режиме, характеризуется как высококонцентрированная бытовая сточная вода (см. табл. 3.1). Режим 2 лабораторной модели Ml проводился в течение 188 дней с 16/04/2004.гпо 20/10/2004.Г.
В таблице № 3.4 представлены усреднённые результаты эксперимента модели Ml в режиме 2 очистки по основным показателям (по БГОС5, ХПК, взвешенным веществам, общему азоту, аммонийному азоту, нитритам, нитратам и фосфатам) и эффективность (Э%), в таблице 3.4., так же представлены технологические показатели - гидравлическая нагрузка, нагрузка по БПК5 окислительная мощность биореактора по снятой БПК5-блокВ1иВ2.
Как и первый режим, первый блок ( блок А-О) является системой взвешенного активного ила, а второй блок (В1+В2) - система прикреплённого активного ила. Аэротенк работал в режиме высокой нагрузки со следующими параметрами (см. таблицу 3.4). Возврат активного ила составил 60%-70% при расходе Q -0,048 м /сут. Время пребывания сточных вод в аэротенке — 3 часа. Средняя концентрация растворённого кислорода в аэротенке - 3 мг/л. Средняя концентрация активного ила в аэротенке составила 2,98 г/л, зольность ила - 0,28-0,31, иловой индекс ила - 100-110 см /г. ила. Средняя нагрузка (qi) на ил, г БПК5 на 1 г беззольного вещества ила в сутки (по формуле 11.16 [ ]) составила ф =1,6 г БПК5 /(г без. В-в активного ила . сут ) 0,5 г/(г.сут). Из-за высокого илового индекса наблюдался периодический вынос активного ила из вторичного отстойника блока А-О. Блок биореактора доочистки (В1+В2) во втором режиме имел такие же технические параметры как и в режиме 1. Результаты работы блока доочистки показали высокую грязеёмкость биореактора и высокий эффект задержания взвешенных веществ. Концентрация выносимого активного ила с очищенной сточной водой из 1-ой ступени в биореактор доочистки изменялась от 0,08 г/л до 0,67 г/л. Концентрация взвешенных веществ в очищенной сточной воде не ...... превышала 0,015 г/л). Ил, удаляемый при регенерации биореактора, обладал высокой седиментационной способностью. Концентрация БІЖ5 в поступающей воде изменялась от 350 мг/л по 550 мг/л, и в среднем составляла 417 мг/л.
При обработке результатов исследований было отмечено, что при времени очистки t= 9,2 час, эффект очистки по БПК5 составлял Э=97,8 %, ь усреднённая концентрация в очищенной сточной воде составляла БПКэ = 9,17 мг/л. Анализируя результаты анализа было зафиксировано, что при значении БПК5 меньше, чем 450 мг/л, качество очищенной воды отвечает Российским нормам выпуска по основным показателям (взвешенные вещества, БПК5, азот аммонийных солей), при значениях БПК5 выше 500 мг/л - БПК5 очищенной превышала 15 мг/л. Исходя из этих результатов можно сказать, что БПК5= 500 мг/л является предельным для данной конструкции блока доочистки Ml.
С одной стороны, судя по средней величине БПК5 = 9,17 мг/л на выходе из секции 3 блока В2 показатель БПКд не отвечал Российским требованиям к очистке городских сточных вод, но отвечал Европейским, Украинским и Вьетнамским требованиям (см табл. 1.3а. главу 1). Концентрация аммонийного азота в очищенной сточной воды после биореактора вполне соответствовала Российским нормативным требованиям для сброса в водоёмы рыбохозяйственного значения (0,39 мг/л), при этом эффективность удаления аммонийного азота NH/ составляла Э = 99,12%.
Усреднённые концентрации нитритов (N02 ) и нитратов (N03 ) в очищенной сточной воды были выше, чем те значения, которые были зафиксированы в очищенной сточной воде в первом режиме, и составили 1,05 мггТО27л и 16,5 мгМ)з7л. В секциях 4 и 5 они составляли: N02" = 0,86 мг/л, NO3" = 17,62 мг/л и N02" - 0,73 мг/л, N03" = 17,88 мг/л. Эффект по удалению фосфора ( по РО4 ") после выхода из блока А-0 (Аэротенк-Отстойник) достигал 62,23%, на биореакторе доочистки снижался от 62,61% у выхода секции 1 биореактора В1 до 45,95% у выхода секции 4 блока биореактора В2, что подтверждало неспособность удаления фосфора ниже ПДК системой прикреплённого активного ила. Концентрация фосфора (РО4 ") после блока А-0 снижалась от 10,08 мг/л до 3,81 мг/л в среднем и поднималась в биореакторе доочистки от 3,77 мг/л в секции 1 блока В2 до 5,45 мг/л в секции 4 блока В2,
Повышенный эффект удаления фосфора (Р043 ) в блоке А-0 (режим 2) по сравнению с тем эффектом у блока А-0 (режима 1) объясняется тем, что в составе поступающих сточных вод второго режима соотношение БГЖ5: Р в несколько раз выше, чем в первом режиме (417:10,08 против 173:10,5). Это приводило к повышению концентрации активного ила в аэротенке (2,98 г/л против 1,56г/л), и снижению концентрации фосфора (микроорганизмы нуждаются в фосфоре для их роста). Чем больше концентрация активного ила, тем больше количество фосфора накапливается в клетках микроогранизмов.
В конце этапа эксперимента были проведены статистические расчеты для биореактора по гидравлической нагрузке, нагрузке (БПК5), по окислительной мощности по БПК5. Гидравлическая нагрузка на поверхность загрузочного материала в блоках Bl, В2 составляла ОД 7 и 0,13 мЗ на 1 м2 листа загрузки. Нагрузка по БПК5 на поверхность загрузочного материала достигала (блок Bl, В2) - 0,05 и 0,005 кг БПК5 на 1 м листа загрузки в сутки соответственно по, а на объём сооружений — 0,95 и 0,12 кг на м3 в сутки. Окислительная мощность (ОМ) по снятой БПК5 в блоке В1 составляла 38,6г на 1м2 загрузки в сутки, в блоке В2 - 3,85 кг/ м2 в суки, а при её пересчете по объёму биореакторов В1,В2-0,81и 0,09 кг БПК5/м хут. соответственно, (см. табл.3.4)
Теория ферментативной кинетики. Уравнение Михаэлиса-Ментена
Результаты исследований МЗ, представленные в таблице 3.13 и в виде графиков (рис 3.26-3.28), показывают высокую эффективность работы установки по удалению органических веществ, и азота. Концентрация в очищенной сточной воде БПК5 - 3,8 мг/л и азота аммонийных: солей - 0,3 мг/л были ниже ПДК при времени очистки t=-7,4 часов. Эффективность удаления БПК5 и азота аммонийного соответственно составляла 98,3 % и 99,7%. Взвешенные вещества в очищенной воде, а также количество выносимой биопленки из системы в отстойник ив среднем составляла 15 мг/л.
Так как концентрация взвешенных веществ в очищенной сточной воде вещества в конце биореактора В2 ниже, чем 20 мг/л, то появляется возможность применять такую схему очистки сточных вод без вторичного отстаивания на станциях малой, и средней мощности. Концентрация нитратов (NCV = 6,3 мг/л) в очищенной воде у модели МЗ ниже, чем ПДК в очищенной воде (ПДК= 9,1 мг/л), что доказывает стабильность глубокого удаления азота из сточных вод с применением прикреплённого активного ила. Это может быть объяснено тем, что рециркуляционый поток обеспечивает массообмен между зонами (секциями) и нитраты (NCV) и нитриты (NCV) были окислены в процессе денитрификации в блоке BI. В этой конструкции МЗ очищаемая сточная вода проходит через специфические селективные системы прикреплённых активных илов в биореакторах В1 и В2, которые окисляют загрязнение необходимые для их существования, благодаря этому вода проходит глубокую доочистку. Технологическая схема МЗ имела 2 зоны: (1) В1 - пониженная кислородная (порядка 02 =0,5 мг/л) и (2) В2 - аэробная (02 =4-5 мг/л), но по своей сути МЗ значительно отличается от одноиловой системы, так как рециркулируется только очищенная сточная вода, а не иловая смесь. Специфически селективный для каждого условия активный ил прикрепляется на загрузке в соответствующей зоне. Надо отметить, что активные илы в каждой зоне ( В1 и В2) различаются по главным характеристикам, в каждой зоне они имеют слой определённой толщину: аэробная, аноксидная и анаэробная. На толщину слоя и характеристики биопленки оказывают влияние условия в биореакторе (температура То, растворённый кислород, рН, концентрация субстрата). Для детального понимания их микроструктуры и характеристики активных илов необходимо провести дополнительные исследования, которые в задачу данной диссертационной работы не входили.
С целью исследований работы блока с низкокислородным режимом В1 были проведены несколько серий экспериментов, сущность которых заключилась в следующем: при нормальной работе модели МЗ была отключена рециркуляция сточной воды на 5-6 часов, необходимые для полной замены емкости блока В1 свежей порцией сточной воды. После 5-6 часов отбирали пробы для анализа вышеуказанных точках. Результаты анализа проб представлены в таблице 3.13, 3.14 и на графиках ( рис 3.26-3.28). Как видно по графикам (рис 3. 26), концентрация БПК5 в очищаемой сточной воде в блоке В1 снижалась с 230 мг/л до 83 мг/л у выхода из секции 1 и далее снижалась до 11,5 мг/л у выхода из секции 2. Это доказывает, что прикрепленный активный ил в пониженном кислородном режиме (02 = 0,5 мг/л) блока В1 обладает способностью окислять значительное количество органических веществ даже при отсутствии рециркуляционого потока (см. рис 3.26). Процесс изъятия и окисления органических веществ, нитрификации, денитрификации и аннамокса происходит одновременно во всех секциях установки МЗ, но особенно замечено, что в пониженном кислородном режиме блока В1 снижение аммонийного азота в основном может объяснить результатом процесса анамокса.
Таким образом, по сравнению с технологической схемой М2, схема МЗ работала с меньшей подачей кислорода, при этом обеспечивалось надлежащее качество очищенной сточной воды по БПКд, азоту и взвешенным веществам. Небольшая концентрация взвешенных веществ в очищенной сточной воде позволяет отказаться от вторичного отстаивания и, как следствие значительно сокращается объём осадка и избыточного активного ила для дальнейшей обработки.
На практике во Вьетнаме возможное внедрение этой технологии позволяет значительно снизить капитальные и эксплуатационные затраты, отказаться от строительства вторичных отстойников и насосной станции, уменьшить объём сооружений биологической очистки и занимаемые ими площади, исключить расход электроэнергии на рециркуляцию иловой смеси по сравнению с традиционной технологии нитри-денитрификации.
Концентрация фосфора ( РО4 ") в очищенной сточной воде составила в среднем 4,7 мг/л. (см. таблица 3.11 и рис 3.14), чтобы снизить концентрацию фосфора ниже ПДК при системе прикреплённого активного ила в затопленном биофильтре, необходимо применять метод коагуляции, известный в России и во Вьетнаме. В качестве коагулянта можно применять хлорид железа ( ГОСТ 11157-86), сульфат алюминия ( ГОСТ 12996-86), оксихлорид алюминия ( ОХА), марки Аква-аурат 10, или 30.
Таким образом, судя по результатам исследований процесс глубокой очистки по технологической схеме МЗ по БПК5, азоту, и взвешенным
веществам достигается после 7,4 часов обработки. В таблице 3.12. представлены технологические показатели работы модели МЗ.
Гидравлическая нагрузка по секциям 1, 2 блока В1 и блока В2 соответственно составляла соответственно 1,38; 0,43; и 0,32 м/м .сут, окислительная мощность по снятой БПК5 - 77,9; 3,5; 0,4 г/м .сут (соотвественно - 1,32; 0,074; 0,01 кг/м3.сут ) при органической нагрузке -0,094; 0,005; 0,0012 кг /м2 (соответственно 1,59; 0,1; 0,02 кг/мЗ.сут). Таким образом, в секции 1 нагрузка по БГЖ5 на 1 м2 площади загрузки намного выше, чем нагрузка в блоке В1 и в блоке В2. Чтобы получить более точную оценку о нагрузке в биореакторах, были выполнены расчеты нагрузки на прикрепленный активный ил. Концентрации прикреплённого активного ила в модели МЗ по секциям распределялась приблизительно также как в модели М2 (см. таблице 3.9) и в секциях 1, 2 блока В1 и в блоке В2 составили 2,7; 1,8 и 0,9 (г/ л). Результаты расчетов показали, что нагрузки БПК5 на ил в биореакторах 1, Bl, В2 составляли 0,59 г; 0,06 г; и 0,015 г БПК5 на 1 г б. в-в ила в сутки. Если сравнивать полученные результаты с аналогичными характеристиками у традиционного аэротенка, то биореактор 1 работал в режиме высоконагружаемого биореактора (0,59г/г.б. в-в А.И в сутки 0,5 г/г.б. в-в А.И в сутки), а биореакторы В1 и В2 как низконагружаемые.
Похожие диссертации на Глубокая очистка сточных вод в биореакторах с прикрепл#нной биомассой
