Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ исследований по специфике биоценозов свободноплавающих и прикрепленных микроорганизмов аэробных биореакторов .
1.1.Седиментационньїе свойства биоценозов аэробных биореакторов при различных нагрузках, флокуляция ила при отстаивании.
1.2.Прирост биомассы.
1.3.Окислительная мощность биоценозов по отношению к различным примесям сточных вод. Специфика биоценозов на разных этапах очистки сточных вод.
1.4.Влияние системы аэрации на основные свойства биоценозов аэробных биореакторов. 21
1.5. Теоретическое обоснование целесообразности применения комбинации прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов в аэротенках . 23
1.5.1.Обоснование необходимости удерживания специфических биоценозов на различных участках коридоров аэротенков.
1.5.2.Влияние прикрепленных микроорганизмов на формирование свободноплавающего активного ила. 30
1.6..Выбор направления исследований. Цель и задачи работы. 32
2. Исследования влияния комбинации микроорганизмов в аэробных биореакторах
2.1.Пилотная установка аэротенка и вторичного отстойника. Методика проведения лабораторных исследований.
2.2. Результаты исследований по выявлению параметров биоценозов, удерживаемых полимерными волокнами ершей различного набора волокон, на разных стадиях очистки искусственной сточной жидкости . 37
2.3. Моделирование процессов очистки сточных вод в лабораторных условиях. Выводы
57
3. Производственные исследования биологической очистки хозяйственно-фекальных сточных вод с использованием сообществ закрепленных на ершовой насадке, ориентированных и свободноплавающих гидробионтов .
3.1 Исследования биоценозов и закономерностей их работы на канализационной очистной станции КОС г. Сургута.. 57
3.2. Исследования биоценозов и закономерностей их работы на канализационной очистной станции пос. Краснодарского края.
3.3. Производственные исследования работы сооружений биологической очистки сточных вод поселка Ханженково-Северный в г. Макеевка
Выводы 92
4. Рекомендации на проектирование биореакторов очистки городских сточных вод сообществами прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов. технико-экономическая характеристика предлагаемых сооружений . 93
4.1. Рекомендации на проектирование новых биореакторов и реконструкцию действующих сооружений биологической очистки сточных вод.
4.2. Технико-экономическая эффективность использования комбинаций прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов в действующих аэротенках
Выводы
Общие выводы
Список использованных источников 111
Приложения 118
- Теоретическое обоснование целесообразности применения комбинации прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов в аэротенках
- Результаты исследований по выявлению параметров биоценозов, удерживаемых полимерными волокнами ершей различного набора волокон, на разных стадиях очистки искусственной сточной жидкости
- Производственные исследования работы сооружений биологической очистки сточных вод поселка Ханженково-Северный в г. Макеевка
- Технико-экономическая эффективность использования комбинаций прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов в действующих аэротенках
Введение к работе
Перевод многих водотоков Украины из разряда водоемов культурно-бытового пользования в рыбохозяйственные существенно изменили требования к эффективности работы очистных станций канализации, к качеству очищенных сточных вод.
Экономическое положение Украины, городов и промышленных предприятий не позволяет осуществлять новое строительство, делать большие капитальные вложения в водоохранные комплексы, поэтому интенсификация работы очистных станций возможна только за счет совершенствования технологии водоочистки, использования новейших достижений науки и техники в улучшении работы комплекса очистных сооружений.
Одним из наиболее перспективных методов увеличения эффективности работы очистных станций является метод биологической очистки, базирующийся на использовании сообществ прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов. Применение его возможно без остановки работы действующих очистных станций, однако, недостаточная изученность параметров метода, требуемого соотношения количества прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов для достижения необходимых значений качества очищенной воды препятствует широкому распространению этого метода.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Работа выполнена в соответствии с региональной программой "Экологическое оздоровление бассейна реки Северский Донец", а также с планом Министерства образования и науки Украины "Разработка теории экологической безопасности и надежности жизнедеятельности для объектов строительства, промышленности и внедрение экологических систем оборотного водоснабжения машиностроительных и металлургических предприятий, исключающих сброс сточных вод в водоемы Украины" (гос. регистрационный №0194U038207) и тесно связано с планами хоздоговорной тематики ХГТУСА (хоздоговоры №№ гос. регистрации 0195U010138, 0198U002514).
Цели и задачи работы;
Целью диссертационной работы является разработка биотехнологии очистки сточных вод сообществом прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов для интенсификации работы действующих канализационных очистных станций.
Для достижения поставленной цели решались такие задачи:
Анализ современных данных о пространственной сукцессии
микроорганизмов при биологической очистке сточных вод и
свойствах различных гидробионтов к флокуляции,
хлопьеобразованию, о влиянии наличия прикрепленных
микроорганизмов на седиментационные свойства активного ила
аэротенков;
Выбор технического решения формы, способа и места размещения
насадки в объеме аэротенков;
Получение зависимости гидравлической крупности и илового индекса активного ила аэротенков от количества прикрепленных микроорганизмов, удерживаемых специфической полимерной насадкой в объеме аэротенков;
Установление зависимости прироста биомассы гидробионтов в системе аэротенк-вторичный отстойник от наличия в ней прикрепленных микроорганизмов;
Определение удельных скоростей нитри-денитрификации
соединений азота в аэротенках с сообществами прикрепленных и
свободноплавающих гидробионтов;
Технико-экономическая оценка использования метода
интенсификации работы действующих канализационных очистных
станций с помощью внесения в аэротенки насадки для удерживания
прикрепленных гидробионтов.
Объект исследования - городские и промышленные сточные воды.
7 Предмет исследования - Метод интенсификации биологической очистки городских и промышленных сточных вод с помощью прикрепленных микроорганизмов.
Методы исследований.
Исследования выполнены в лабораторных и промышленных условиях на пилотной и экспериментальной установках. На лабораторной установке исследования проводили с использованием прикрепленных на волокнистой насадке микроорганизмов. При этом выполняли лабораторные исследования с помощью оптических приборов. Активную биомассу определяли с помощью гидрогеназной активности ила. На промышленной установке определяли эффективность окисления органических веществ, а также загрязнений, которые относятся к группе азота с использованием образцов-свидетелей с действующих аэротенков.
Научная новизна полученных результатов:
Установлена взаимосвязь между соотношением количества прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов в системе аэротенки-вторичные отстойники и гидравлической крупностью и иловым индексом активного ила;
Выявлено снижение на треть прироста активного ила аэротенков при наличии в сооружениях биологической очистки прикрепленных микроорганизмов более 10% от общей биомассы гидробионтов;
Установлено, что поплавки с насадкой необходимо располагать в верхней части коридоров аэротенков, вдоль барботеров аэраторов, над факелами воздушного потока, образоиаппшо барбОТЦМШИ;
Найдены значения удельных скоростей нитри-денитрификации сточных вод сообществом прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов;
Получены математические зависимости для проектирования сооружений биологической очистки сточных вод с учетом нитри-денитрификации при использовании комплекса прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов.
8 Практическое значение полученных результатов:
Разработаны технологические решения по увеличению
производительности и эффективности работы действующих канализационных
очистных станций;
Использование комплекса прикрепленных на полимерных жестких ершах и свободноплавающего активного ила аэротенков на действующей канализационной очистной станции позволило в 1,5 раза увеличить ее производительность при существенном улучшении качества очищенной сточной жидкости;
Получены параметры метода для реконструкции действующих очистных
станций без их остановки на период реконструкции;
Использование метода интенсификации работы действующих
канализационных очистных станций с помощью размещения в аэротенках
ершовой насадки для удерживания прикрепленных гидробионтов позволяет
снизить капитальные затраты на доведение качества очищенных сточных вод
до требуемого уровня.
Личный вклад автора:
Анализ литературных данных о состоянии биологических систем;
Участие в проектировании и строительстве пилотной и
экспериментальной установок для очистки сточных вод, разработка
конструкций оборудования для аэротенков;
Получение лабораторных данных, проведение опытов на лабораторных установках, обработка параметров для проектирования;
Участие в проектировании реконструкции очистной станции г.Сургута, проведении производственных опытов;
Предложены рекомендации на проектирования строительства и
реконструкции канализационных очистных сооружений.
Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на международной выставке-конференции «ЭКВАТЭК -2000» (г.Москва, май 2000г), Донецкой региональной конференции «Стратегия управления социально-экономическим развитием региона на период до 2010 года» (1999г),
9 на научно-технических конференциях в: ДГАСА г. Макеевка (1999г.), ХГТУСА г.Харьков (1999г ,2000г.).
Публикации. По результатам работы опубликовано 5 печатных работ в различных издательствах Украины и России, в том числе 3 без соавторов.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, списка использованных источников (115 наименований). Работа включает 105 страниц основного текста, 25 рисунков, 5таблиц.
Автор благодарен научному руководителю доктору технических наук, доценту Эпояну СМ. за большую помощь в работе, коллективу кафедры «Водоснабжение, канализация и гидравлика» Харьковского государственного технического университета строительства и архитектуры за содействие в проведении работы, всем специалистам, оказавшим помощь в процессе обсуждения работы.
Теоретическое обоснование целесообразности применения комбинации прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов в аэротенках
Поскольку проблема интенсификации работы действующих канализационных очистных станций требует одновременного решения целого комплекса задач при очистке сточных вод, то необходимо предусматривать набор соответствующих мероприятий, обеспечивающих их решение.
При увеличении количества очищаемых сточных вод требуется увеличить окислительную мощность аэротенков наращиванием биомассы активного ила, а это вызывает необходимость реконструкции системы аэрации и совершенствования работы вторичных отстойников.
Для улучшения качества очищенных сточных вод, в том числе решения задачи нитри-денитрификации, наряду с наращиванием биомассы активного ила аэротенков, требуется изменение состава его биоценоза, наличия в нем как гетеротрофов -денитрификаторов, так и автотрофов -нитрификаторов. А это мероприятие вызывает необходимость создания в коридорах аэротенков специальных зон со специфическими биоценозами. Его реализация немыслима без размещения в коридорах аэротенков насадки, обеспечивающей закрепление микроорганизмов[73]. Кроме того, процесс денитрификации возможен только при наличии достаточного количества легкоокисляемого субстрата, а это требует создавать рециркуляцию очищенных сточных вод с выхода аэротенка на его вход, не задействуй вторичный отстойник.
Насадка, размещаемая в коридорах аэротенков, должна удовлетворять многим требованиям. В первую очередь, насадка должна иметь развитую поверхность для прикрепления микроорганизмов, малый вес и незначительное гидравлическое сопротивление, чтобы не препятствовать циркуляции активного ила под действием воздушных потоков, создаваемых аэрационной системой. Другим важным свойством, которым должна обладать насадка, размещаемая вігутри аэротенков, является ее долговечность и стабильность удерживания активного, постоянно обновляющегося биоценоза. Насадка не должна препятствовать эксплуатации аэротенков, профилактическим ремонтам коммуникаций, запорно-регулирующей арматуры, системы аэрации.
Все эти требования обусловливают использование плавающей насадки с размерами поплавков, не требующих установки над аэротенками кранового оборудования. Идея использования поплавков для размещения насадки в аэротепках принадлежит П.И. Гвоздяку[73]. К сожалению, процесс рассмотрения изобретений в Украине длительный (18 месяцев) и нет возможности сделать ссылку на патенты П.И. Гвоздяка, однако идея витала и быстро была подхвачена и усовершенствована. П.И. Гвоздяк базировался на использовании насадки «вия», а это предполагает совершенно другие конструкции плавающей насадки, чем при применении полимерных ершей Н.И. Куликова.
В докторской диссертации Н.И. Куликов [46] не рекомендовал размещать ерши в аэротепках ввиду их быстрого заиления и загнивания, но в тот период был налажен выпуск ершей одной, двух модификаций (стеклоерши и ерши с «мягким», супертонким химволокном). В настоящее время в Сочи и Ростове-на-Дону налажен промышленный выпуск «жестких» ершей, с диаметром волокон 0,2-0,5мм. Волокна таких ершей не зарастают при определенных нагрузках на биомассу по органическим веществам и турбулентности потока иловой смеси. Вышеприведенные аргументы обусловили использование нового вида ершей в контейнерах - поплавках в качестве технического решения вида насадки в аэротепках при проведении интенсификации их работы.
Из литературы известно[33], что иммобилизованная микрофлора -комплекс микроорганизмов, обволакивающих тонким слизистым слоем носитель, имеет активную толщина слоя биопленки не более Змм.
Если «жесткие» ерши омываются потоком водовоздушной смеси, то упругие волокна, держащие форму и хороню промываются и не зарастают. Отмирающая биопленка выносится потоком, поэтому прикрепленный биоценоз постоянно обновляется.
Биопленка, суточный прирост которой по данным различных литературных источников, при различных нагрузках по органическим веществам на биомассу микроорганизмов составляет для городских сточных вод 8-28 г на 1чел/сут [33,87], представляет собой сложный комплекс микроорганизмов.
В биопленке представлены микроорганизмы разных систематических групп - бактериями, простейшими, грибами, водорослями, некоторыми многоклеточными животными (коловратки, черви, личинки насекомых, водные клещи, низшие ракообразные). Биоценозы формируются под влиянием химического состава и концентрации органических загрязнений сточных вод, ее температуры, активной реакции, растворенного кислорода, условий эксплуатации биофильтра. Бактерии играют главную роль в изъятии и окислении органических примесей сточных вод.
Повышенная концентрация биомассы активного ила и биопленки в биореакторе обеспечивает их устойчивость к высоким концентрациям загрязнений в поступающих сточных водах. Эти сооружения применяются для очистки производственных сточных вод, состав которых обусловливает развитие в активном иле нитчатых микроорганизмов[41]. Последние вызывают вспухание ила, т.е. увеличение его объемной концентрации, что делает почти невозможным его отстаивание (например, при очистке сточных вод молокоперерабатывающих предприятий, плодоовощных консервных заводов и т.п.) [60,77,84].
Поскольку в сооружениях с прикрепленным илом поддерживается высокая концентрация микроорганизмов, поэтому продолжительность процесса очистки заметно сокращается. В этих сооружениях в значительно меньшей степени сказывается отрицательное влияние пониженных температур жидкости и залповых сбросов токсикантов на эффективность процессов очистки сточных вод[73]. Эффективность очистки мало зависит от режима работы отстойников, во многих случаях они вообще не требуются. Основной недостаток сооружений с прикрепленным илом - необходимость периодической регенерации загрузки в связи с опасностью ее зарастания.[33]
В работах с использованием иммобилизованной микрофлоры большое внимание было обращено на характеристику выбранных синтетических материалов как носителей. Основная часть исследований проведена с полистиролом вспененным, который обладает необходимыми физико 26 химическими характеристиками и биологической стойкостью. Испытаны элементы носителя разной формы - в виде кусков и шнуров, а также ершей[31].
Выявлено[30], что основным механизмом иммобилизации является адгезия за счет слизистых образований. Присутствие разнообразных форм - палочек, кокков, разрастаний кокков и др. обусловливает биологически устойчивую систему. Ячеистая структура носителя создает развитую поверхность прикрепления, значительно превышающую геометрические размеры носителя.
Результаты исследований по выявлению параметров биоценозов, удерживаемых полимерными волокнами ершей различного набора волокон, на разных стадиях очистки искусственной сточной жидкости
Используя активный ил городской канализационной очистной станции в качестве затравки, был осуществлен запуск в работу пилотной установки. В период запуска пилотной установки дозирование субстрата осуществлялось равномерно в течение суток при нагрузке в 5раз меньшей, чем запланировано было для рабочего режима. С одной стороны, это было обусловлено низкой концентрацией активного ила и отсутствием прикрепленного на ершах биоценоза, а, с другой стороны, необходимо было поддержать условия для существования всего сообщества гидробионтов активного ила, а не только бактериальных форм.
При этом для упрощения контроля за сухим и беззольным веществом илов измерения производились без отфильтровывания взвешенных веществ, а упариванием и высушиванием, а потом и прокаливанием иловой смеси и введением поправки на сухое и беззольное вещество исходной водопроводной воды. Ошибка от измерения качества исходной водопроводной воды во времени не превышала 5%, т.к. вклад в сухое и беззольное вещество иловой смеси сухого и беззольного вещества водопроводной воды не превышал 10%.
Для измерения дегидрогеназной активности использовалась методика АКХ им. К.Д. Памфмилова [ ]. В процессе изъятия загрязнений ил характеризуется не столько изменением исходной активности, сколько изменением соотношений между активностями, определяемыми с добавлением к нему водопроводной воды и неочищенной сточной жидкости, т.е. субстратов, являющихся соответственно бедными и богатыми источниками питания для микроорганизмов. Следует иметь в виду, что в неочищенной сточной жидкости должны отсутствовать токсичные вещества, а содержание фосфатов обеспечивать процесс биологической очистки.
Соотношение между величинами дегидрогеназной активности ила X, определяемыми как исходная Хисх с водопроводной водой Х„20, и неочищенной сточной жидкостью XCTJK характеризует основные этапы процесса очистки сточных вод следующим образом: для неочищенной сточной жидкости Хисх ХСТЖ Х„20; после изъятия загрязнений из сточной жидкости и появления нитратов позволяет установить, достигнута ли полная очистка сточных вод, произошла ли регенерация активного ила, закончился ли процесс аэробной стабилизации активного ила. Метод заключается в восстановлении бесцветной окисленной формы трефенилтетразолия хлористого (ТТХ) в красный формазан, нерастворимый в воде, но растворимый в этаноле, ацетоне, бензоле и др. Количество образованного формазана, о котором судят по интенсивности окраски, пропорционально активности дегидрогеназ [ ]. Ход определения. Тщательно перемешанная, нагретая до 20С проба активного ила или соскоба прикрепленных либо ориентированных микроорганизмов (10-ЗОмг сухого вещества) по 10мл помещается в три центрифужные пробирки (при более высокой концентрации ил разбавляется водой). В отобранных пробах определяем рН и добавлением 0,01н НС1 или 0,0Ш NaOH доводится рН до 7. Две пробирки с 10мл смеси сточной жидкости и активного ила ставятся в термостат с t = 37С на 55 мин. 1 пробирка - без добавления ТТХ (контроль). 2 пробирка - с добавлением ТТХ. Предварительно содержимое пробирки хорошо перемешивается в течение ЗОсекунд. Контроль - 10мл смеси + 1 мл дистиллированной воды. Проба - 10мл + 1мл ТТХ. Через 55минут к пробам добавляется по 1мл ледяной уксусной кислоты и содержимое перемешивается. Пробы центрифугируются 2 минуты при частоте оборотов ЗОООоб/мин. Надосадочная жидкость сливается и к осадку добавляется по 10мл этанола. Содержимое тщательно перемешивается и встряхивается до полного обесцвечивания осадка в течении 20-30минут. Затем пробирки вновь центрифугируются 3 минуты с числом оборотов п = ЗОООоб/мин. Окрашенный раствор сливается, перемешивается и колориметрируется на ФЭК с синим светофильтром (490 іш) в кювете с толщиной слоя 0,5см. С помощью калибровочной кривой (построенной по формазану) определяется дегидрогеназная активность, которая выражается в мг восстановленного формазана на 1г сухого вещества ила (или беззольного) -удельная активность, либо на 1 л смеси - общая активность. Оценка окислительной мощности единицы веса сухого беззольного вещества иловой смеси производилась с использованием прибора измерения концентрации растворенного в воде кислорода по динамике потребления кислорода в закрытой склянке и непрерывном перемешивании иловой смеси на магнитной мешалке. Для характеристики удельной скорости окисления использовался достаточно узкий интервал скорости изменения содержания растворенного кислорода (от 3 до 1,5мг 02/л).
Исследования седиментационных свойств и характеристик иловой смеси проводились в лабораторных условиях в однолитровых цилиндрах. Отбор иловой смеси производился из полупроизводственного аэротенка. При необходимости разведение иловой смеси до меньших концентраций сухого вещества проводилось профильтрованной очищенной водой. Кинетику осаждения иловой смеси изучали в течение 4 часов (ориентировочно максимальное время пребывания иловой смеси во вторичных отстойниках). Через два часа отстоя определялась концентрация взвешенных веществ в надиловой жидкости.
Исследования иммобилизационных характеристик отрезков ершовой насадки проводили в последовательности: предварительно высушенные до постоянного веса и взвешенные образцы контактных носителей (ершей) закреплялись внутри колонок пилотной установки на определенный период времени. Каждый образец после съема ополаскивался дистиллированной водой, погружением в дистиллят, ._. оценивалось количество вытесненной воды, затем образец высушивался до постоянного веса при температуре 105С и по разнице весов определялся привес по сухому веществу. По разнице объемов вытесненной воды устанавливался объем приросшей биомассы, а по разнице веса сухого вещества и золы определенного объема соскоба с волокон вычислялась зольность и беззольное вещество прикрепленных микроорганизмов.
Лабораторный контроль за содержанием нитритов, нитратов, аммонийного азота, фосфора, ХПК, БПК5 , концентрации ила осуществляли по стандартным методикам [.].
Производственные исследования работы сооружений биологической очистки сточных вод поселка Ханженково-Северный в г. Макеевка
При суточном поступлении на КОС-1 с расходом 65000 м3/сут органических примесей около 17,5 тонн по ХПК или 15 тонн по БПКП0ЛН на 93 тонны биомассы гидробионтов соответствует низкой нитрифицирующей, характерной для аэротенков продленной аэрации.
Согласно СниП 2.04.03-85 [ ] и данным наблюдений химической лаборатории Сургутского горводоканала иловый индекс активного ила аэротенков при нагрузке 100 г/кг ила в сутки составляет 130 мл/г. На основании наблюдений Л.Н. Приходько [ ] при наличии в иловой системе прикрепленного биоценоза иловый индекс снижается практически вдвое, что и обеспечило возможность реконструкции комплекса аэротенков и вторичных отстойников КОС г. Сургута на производительность в 1,5 раза большую, чем проектная без строительства дополнительных емкостных сооружений как аэротенков, так и вторичных отстойников.
Предметом наших исследований в аэротенках КОС-1 являлся биоценоз прикрепленных и ориентированных микроорганизмов внутри плавающих биореакторов. Исследования проводились с использованием образцов-свидетелей, зафиксированных на плавающих биореакторах.
Образцы-свидетели выполнены длиной 0,3 м из ершей, аналогичных тем, которые размещены в плавающих биореакторах.
По длине первого коридора каждой секции выделены три зоны различающиеся по биоценозу прикрепленных гидробионтов. Во втором коридоре биоценоз может быть объединен в одну зону. В третьем коридоре прикрепленный биоценоз отсутствовал.
При проведении пусконаладочных работ с аэротенками КОС-1 варьированием производительности эрлифтов 6 (рис.3.2.) с помощью задвижек 7 была выставлена эффективность как нитрификации, так и денитрификации.
Система аэрации в аэротенках. смонтирована на базе барботеров фирмы "Экотон" и представляла в каждом коридоре четыре нитки барботеров, расположенных параллельно друг другу с шагом 0,5м вдоль коридора секции, начиная от внутренней перегородки практически до центральной оси коридора.
Подача через мелкопузырчатые аэраторы 0,5м3 воздуха на 1м3 объема аэротенка в течении часа обеспечивает не только поддержание во взвешенном состоянии свободноплавающего активного ила, но и наличие растворенного в воде кислорода на уровне не менее 4 мгСЫл в первом коридоре секции и более 5мгОг/л во втором и третьем коридорах каждой секции.
Биоценоз аэротенков КОС-1 устанавливался в течении трех месяцев после завершения и реконструкции. Представляет интерес существенное изменение в биомассе бактериальных микроорганизмов соотношения псевдомонад и кокковых форм бактерий. Если до установки плавающих биореакторов более 20% бактерий активного ила аэротенков представляли псевдомонады и менее 1,5% кокковые формы, то через три месяца уже более 25% из общего числа бактерий было представлено кокками и лишь 2% - псевдомонадами. Более 30% бактерий свободноплавающего активного ила являлись нитрификаторами.
На рис.3.4. приведены значения биомассы удерживаемых на ершах гидробионтов по сухому и беззольному веществу вдоль коридоров секции аэротенка (кривые 1 и 2), А также количество ориентированных гидробионтов, входящих в число удерживаемых (кривая 3).
Наибольшее количество ориентированных гидробионтов располагается вблизи от впуска сточных вод, хотя и не на самом выпуске, где концентрация загрязнений максимальная. Количество ориентированных гидробионтов резко изменилось на участке от 8 до 40 м длины первого коридора после включения эрлифта рециркуляции иловой смеси с выхода из третьего коридора на вход в первый коридор. Основную массу ориентированных гидробионтов этого участка составляют микроорганизмы-денитрификаторы. Массообмен у этих гидробионтов не лимитируется поступлением в воду растворенного кислорода, а выделяющийся молекулярный азот создает струйное движение внутри биоценоза, способствующее подводу органического субстрата. Биомасса микрорганизмов внутри ерша достигает 11 г/л по сухому веществу или 1200 г на метре длины ерша.
Зольность прикрепленных и ориентированных микроорганизмов также изменяется по длине коридоров секции (рис. 3.5.), увеличиваясь от входа к выходу из секции, в то время как свободноплавающий активный ил, циркулирующий в системе аэротенки - вторичные отстойники практически не изменяет своей зольности при движении по коридорам секции.
В течение суток меняется величина илового индекса свободноплавающего активного ила аэротенков (рис. 3.6.), варьируя по величине от 60 до 100 мл/г. Наблюдается корреляция между поступлением массы загрязнений со сточными водами и величиной илового индекса. В то же время в часы максимального поступления загрязнений в аэротенки величина илового индекса не является максимальной. Наибольшие загрязнения илового индекса наблюдаются при переходе от минимальных ночных расходов к максимальным утренним поступлениям загрязнений.
Технико-экономическая эффективность использования комбинаций прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов в действующих аэротенках
Тканевые аэраторы обеспечивают мелкопузырчатую аэрацию и циркуляцию иловой смеси, концентрация растворенного кислорода на 1 ступени поддерживалась не менее 3 мг02/л, а на П ступени более 5 мг02/. Осветленная сточная жидкость самотеком поступает в биореакторы доочистки сточных вод, выполненные на базе вторичных отстойников. Доочищенный сток в канализационном колодце смешивается с гипохлоритом натрия и сбрасывается в балку-суходол.
Поскольку качество очищенных сточных вод не соответствовало предъявляемым требованиям по соединениям азота, был выполнен второй этап реконструкции, в аэротенк были помещены плавающие биореакторы (по 20 шт. размером 1x1x1,5м в каждую ступень).
Сточная жидкость на выходе из двухъярусных отстойников имеет величину БПК5 на 30% меньшую, чем на входе на КОС (около 195 мг02/л), а содержание взвешенных веществ уменьшалось до 260 мг/л (примерно на 26%). В усреднителях качество очищаемых стоков практически не изменялось, поскольку два насоса ГНОМ-100 постоянно подавали в каждую емкость усреднителей по 50 м3/час рециркуляционного расхода на взмучивание стоков. Полного усреднения стоков усреднители не обеспечивали, но максимальный часовой расход сточных вод после них не превышал 120 м3/час (в течение 3-х часов в сутки из переполненных усреднителей самотеком поступало в аэротенк дополнительное количество стоков). После аэротенков и тонкослойного пульсационного илоотделителя очищенный сток на 1 этапе реконструкции имел величину БПКП0ЛН не более 25 мг02/л; взвешенные вещества до 40 мг/л; азот аммонийный имел менее 9,0 мг/л. Из блока доочистки доочищенный сток вытекал с БПК5 5 мг/02/л; взвешенные вещества 5 мг/л, азот аммонийный снижался до 7,6 мг/л. Такие параметры очищенных стоков вызвали потребность второго этапа реконструкции. Аэротенк КОС пос. Ханженково - Северный по условиям эксплуатации тонкослойного пульсационного илоотделителя с перекрестной схемой движения воды и активного ила должны иметь концентрацию активного ила не более 2,5г/л по сухому веществу или при зольности около 28% -1,8 г/л по беззольному веществу. При объеме аэротенка - 600 м, общая биомасса активного ила по беззольному веществу составляла 1,08т. Суточная нагрузка по величине БПКІ на 1 кг беззольного вещества ила равнялась Активный ил не был нитрифицирующим, особенно в часы максимального притока сточных вод. Требовалось, не увеличивая концентрацию свободноплавающего активного ила в ступенях аэротенка и не перегружая илоотделитель, снизить нагрузку на биоценоз аэротенка. Единственное решение, позволяющее это сделать использование биомассы фиксированных на насадке гидробионтов. Было принято техническое решение, базировавшееся на предварительных лабораторных исследованиях (см. раздел 2), об установке в каждой ступени аэротенка по 20 штук плавающих биореакторов размерами 1x1x1,5 м, общим объемом 60 м3. В каждый плавающий биореактор закреплена насадка из жестких полимерных ершей в количестве 64 м/м . Всего в 60 м объема плавающих биореакторов поместили 3840 метров ершей диаметром 120 мм. На ершах плавающих биореакторов рис.3.21 удерживалось около 896 кг биомассы гидробионтов по беззольному веществу, что снизило нагрузку на биоценоз гидробионтов до. Такая нагрузка уже относится к средней и гарантирует протекание процессов нитрификации, что и было отмечено по анализам качества очищенных сточных вод. Обрастание ершей в плавающих биореакторах различалось. Отмечено наличие трех различных зон (рис. 3.22). В контейнерах,Ш, 1У,У,У1 рядов от места ввода сточных вод имелась ориентированная биомасса гидробионтов, существенно увеличившая общую биомассу гидробионтов в аэротенке и обеспечившая денитрификацию очищаемых стоков. Поставщиками нитратов являлись 2 эрлифта диаметром 75,0мм, возвращавшим активный ил из под тонкослойного илоотделителя к месту ввода сточных вод в количестве по 40 м3/час каждый. В табл. 3.4. приведены статистические данные состава очищенной сточной жидкости на выходе из илоотделителей и после биореакторов доочистки. Как следует из таблицы принятые мероприятия на очистной станции позволили получить качество очищенной сточной жидкости на требуемом уровне.
На рис.3.23. показаны величины зольности прироста активного ила и его илового индекса до и после второго этапа реконструкции, т.е. установки в ступени аэротенка плавающих биореакторов. Снижение нагрузки на биоценоз аэротенков снизило прирост активного ила и повысило его зольность. При этом прирост активного ила уменьшился больше, чем на 30%. что существенно снизило нагрузку на иловые площадки. Иловый индекс активного ила при наличии плавающих биореакторов не превышал 100 мл/г, что позволило уменьшить вынос взвешенных веществ из тонкослойных илоотделителей и тем самым увеличить почти вдвое межрегенерационный период в блоке доочистки сточных вод.
Похожие диссертации на Интенсификация работы очистных сооружений канализации прикрепленными микроорганизмами
