Технология биологической очистки с углубленной нитрификацией.

Текст:

Системы водоотведения

Активный ил как управляемая биологическая система

В данной статье авторы Шеломков А.С.и Захватаева Н.В. описывают активный ил и освещают вопрос его использования при процессе очистки воды в аэротенках. В данной статье активному илу дано определение как сложной и уникальной системе, обладающей спонтанной самоорганизацией, основанной на коллективных взаимосвязанных и слаженных действиях. Система активного ила обладает гибкостью т.е.
сама подстраивается под те условия, которые ей предоставляются , в соответствии со своими законами роста, соответствующими иерархической организации всего биоценоза.

Основу биоценоза составляют всевозможные по видовому составу бактерии, многочисленные простейшие (Protozoa) и некоторые многоклеточные организмы. Уровни организации биоты(исторически сложившейся совокупности видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи.) активного ила можно представить в виде пирамиды.

1. Биоценоз ( исторически сложившаяся совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов , населяющих относительно однородное жизненное пространство (определённый участок суши или акватории), и связанных между собой окружающей их средой ).

2. Физиологические группы

3. Популяция
4. Клетки

5. Для прокариот — хромосомы,рибосомы, цитозоли. Для других
организмов — органеллы

6. Макромолекулы

Несмотря на множество факторов, формирующих биоценоз,
в целом это единая система, находящаяся в динамическом равновесии.

Активный ил как система включает в себя все законы, действующие на подсистемах, но в целом обладает самостоятельными качествами и способностями. Поэтому применение законов, характерных для подсистем, к целостной системе не дает реальной картины работы активного ила. В следствии этого существующие методики определения параметров при биологических процессах не дают достаточно точных результатов.

К известным методам расчета технологических параметров сооружений биологической очистки сточных вод относятся формулы Михаэлиса-Ментен и Моно. Аналогичная формула содержится в СНиП 2.04.03-85 :

В той формуле переработанной для биохимических процессов с активным илом К- константа Михаэлиса, выраженная в единицах БПК ( биохимическое потребление кислорода), К₀- константа Михаэлиса, выраженная в концентрации растворенного кислорода, коэффициент Y -коэффициент ингибирования ( замедление протекающей ферментативной реакции) биохимических процессов продуктами распада активного ила.

Применение этих формул ко всему биоценозу, как целостной системе, не дает полной картины процессов, происходящих в системе активного ила.

Единая система активного ила слагается в результате постоянно меняющихся качественных и количественных характеристик
сточной воды.

Каждый отдельный элемент этой системы проживает свою
индивидуальную жизнь, имеет свою «линию жизни» и при отмирании служит субстратом для других микроорганизмов.

Для обеспечения глубокой биологической очистки сточной воды необходимо стабилизировать процессы, происходящие в иловой
смеси. Стабилизация процессов достигается установлением и под-
держанием строго определенного физиологического состояния активного ила, определяемого его возрастом ( возраст ила ^— это величина, обратная удельной скорости роста активного ила, определяющая его физиологическое состояние). Заданный возраст активного ила достигается непрерывным сбросом определенного его количества.

Возраст ила

Рис. Зависимость дозы активного ила от его возраста

Из рисунка видно, что доза ила при разных возрастах может быть одинаковой. При этом физиологическое состояние разное. В связи с этим при расчете сооружений очистки сточных вод и составлении эксплуатационных регламентов следует учитывать, что при одной и той же дозе, прирост и другие характеристики активного ила могут
быть разными.

Определенной скорости роста активного ила соответствует строго определенный удельный прирост и удельная скорость окисления субстрата. На основе этого закона разработана методика расчета технологических параметров аэротенков.

Установлено, что все параметры биоценоза активного
ила - скорость роста, удельный прирост, удельная скорость окисления (или нагрузка на активный ил) жестко связаны. Основным управляющим параметром биохимических процессов, которые обеспечивают глубокую очистку сточных вод от биогенных элементов, является возраст активного ила.

Стабилизация возраста активного ила путем постоянной отбавки строго определенного количества избыточного ила позволяет
устанавливать в сооружениях биологической очистки сточной воды оптимальную дозу активного ила, которая обеспечивает устойчивую их работу, и при этом прирост ила для данных технологических условий работы сооружений биологической очистки будет
минимальный.

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРОЕКТОВ МОДЕРНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ
СООРУЖЕНИЙ СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИ Статье авторы- Данилович Д.А. и Климова Л.А. рассматривает два варианта проектов модернизации сооружений биологической очистки .

Большинство коммунальных очистных сооружений России и стран СНГ было построено в 60-80-е гг. прошлого столетия. К настоящему времени они не удовлетворяют современным требованиям по качеству очистки воды, многие станции находятся в неудовлетворительном техническом состоянии. Основной задачей повышения качества очистки сточных вод является удаление биогенных элементов.

Предметом настоящей статьи являются результаты вариантного проектирования реконструкции аэротенков Ново-Курьяновских очистных сооружений.Существенным отличием этих сооружений от многих других подобных является отдельное расположение регенераторов возвратного активного ила. Также сооружения НКОС характеризуются чрезвычайно компактным расположением у границы промплощадки станции, что позволяет использовать при их реконструкции только занимаемую сейчас территорию.

В настоящее время на два блока Ново-Курьяновских очист-
ных сооружений поступает около 1400 тыс. м³/сут., при макси-
мальном расходе (в период ливней и паводка) до 2000 тыс. м³/сут.

Таблица 2

Расчетные характеристики сточных вод, поступающих на НКОС

Наименование показателя	Расчетная нагрузка, т/сут. (на 85% обе- спеченности)	Среднее содержание загрязнений, мг/л
Взвешенные вещества	466,8	270
бпк₅	315,1	185
Общий азот	65,9	41
Общий фосфор	10,7	5,7

Разработка решений по реконструкции аэротенков проводилась
по двум вариантам. Первый вариант предусматривал реализацию технологии биологической очистки с углубленной нитрификацией
направлен на достижение максимально возможного экологического
эффекта при максимальной производительности и минимальных
изменениях в конструкции сооружений. В основе второго варианта
лежит технология биологической очистки с удалением азота и фос-
фора, направленная на достижение европейских нормативов каче-
ства при необходимом объеме реконструктивных изменений.

Расчеты и моделирование процесса очистки производились
на основании норм и рекомендаций СНиП 2.04.03-85, ATV-DVWK-
А131Е (Германия). Оба варианта предусматривают реконструкцию строительной части аэротенков, рассмотренную ниже.

Вариант 1. Технология биологической очистки с углубленной нитрификацией.

Технологические мероприятия по реконструкции сводятся к
значительному усилению аэрационной системы с тем, чтобы она
обеспечивала полную нитрификацию. Денитрификация этим ва-
риантом не предусмотрена. Для поддержания более высокого воз-
раста ила, а также для минимизации конструктивных переделок,
предусмотрено сохранение 25% регенерации возвратного ила.

Система аэрации в аэротенках и регенераторах запроекти-
рована на основе высокопроизводительных дисковых мембранных
аэраторов АР-420Т (диапазон производительности 5-15 м³/час),
представленных на рис. 1.

Учитываявозможностьзначительногоразбросав нагрузке на со-
оружения, была разработана двухзонная схема размещения аэрато-
ров в аэротенке, которая обеспечивает гибкость управления подачей
воздуха в зависимости от расхода сточной воды и количества по-
ступающих загрязнений. Это решение обеспечивает поддержание

расхода воздуха на аэраторы в рабочем диапазоне, обеспечиваю-
щем их стабильную работу.

Преимуществами данного технологического решения являются:

^— небольшие технологические мероприятия по реконструкции,
главное из которых — замена аэрационной системы на существенно
более мощную;

— максимальная производительность блоков при удалении
аммонийного и нитратного азота;

— повышение глубины очистки от наиболее опасных форм азота -
аммонийного и нитратного, существенное снижение экологических
платежей.

Однако вариант 1 характеризуется следующими серьезными
недостатками:

— технология нитрификации не обеспечивает удаления общего
азота из сточных вод и по европейским подходам к нормированию не
дает экологического эффекта. Данный процесс не может быть отнесен
к наилучшим доступным технологиям, что может создать в будущем
проблемы в области экологического нормирования Курьяновских
очистных сооружений;

— высокая концентрация азота нитратов в очищенной воде;

— существенно возрастает расход электроэнергии, т.к. кислород
расходуется на создание нитрат-ионов и не возвращается;

—в сочетании с нитрификацией для удаления фосфора применим
только реагентный метод, существенно увеличивающий эксплуата-
ционные затраты.

Вариант 2. Технология биологической очистки с удалением азота и фосфора.

Для очистки сточных вод с удалением биогенных элементов
необходимо обеспечить прохождение в биореакторе четырех биотехнологических процессов. Помимо окисления органических за-
грязнений и аммонийного азота, происходящего в 1-м варианте,
необходимо также обеспечить денитрификациию азота нитратов
и биологическое поглощение фосфора.

В основе технологии биологической очистки, использованной
при реконструкции, лежит процесс UCT (рис. 2).

Рис. 2. Схема UCT-процесса.

В аэротенках при разработке проекта реконструкции (рис. 3)
организованы:

- анаэробная зона, необходимая для развития в иле фосфат-
аккумулирующих бактерий;

- аэробная зона, в которой наряду с другими процессами прохо-
дит поглощение фосфатов фосфатаккумулирующими бактериями;

- аноксидная (бескислородная) зона, в которой проходит ге-
теротрофный процесс денитрификации, сопровождающийся по-
треблением органических загрязнений сточных вод;

^- рециркуляция иловой смеси, содержащей азот нитратов из
аэробной зоны в аноксидную;

- рециркуляция иловой смеси из конца аноксидной зоны в на-
чало анаэробной зоны (UCT-рецикл).

Особенностью UCT-процесса является подача в анаэробную
зону ила из зоны денитрификации, что обеспечивает минимальное
содержание в нем нитратов.

В каждом отделении анаэробной и аноксидной зоны иловая
смесь поддерживается во взвешенном состоянии погружными мешалка- ми.

Для получения максимальной для рассматриваемой площадки среднесуточной за год производительности следует значительно увеличить площадь вторичных отстойников, за счет их строительства на площадке, занимаемой частью первичных отстойников.Для максимального использования площади целесообразно использование горизонтальных отстойников.

В связи с реализацией в варианте 2 биологического удале-
ния фосфора также предусмотрено изменение технологии обра-
ботки избыточного активного ила, препятствующее его нахож-
дению в анаэробных условиях при уплотнении. Очевидное преимущество варианта 2 заключается в том, что
он обеспечивает безреагентное и энергоэффективное глубокое уда-
ление азота и фосфора с использованием современной технологии.

Конструктивные решения при реконструкции аэротенков

Исходя из результатов обследования строительных конструк-
ций, было принято решение о проведении большого объема работ
по восстановлению строительных конструкций:

- усиление днища буронабивными сваями по всему полю аэ-
ротенков с устройством ростверка толщиной 350 мм;

— устройство железобетонной монолитной рубашки со сплош-
ным армированием на внешних и внутренних несущих стенах;

— восстановление стеновых панелей перегородок и выполне-
ние на них защитного слоя торкрета материалом STRUCTURITE;

— замена всех металлических лестниц и ограждений.

U1 W IXLilV^iVU.

Заключение

По результатам выполненного институтом технико-экономи-
ческого сравнения вариантов, учитывающего - эксплуатационные
затраты и экологические платежи, а также, принимая во внима-
ние концепцию перспективного развития Курьяновских очистных
сооружений, заказчик данной работы (МГУП «Мосводоканал») вы-
брал для реализации 2-й вариант, предусматривающий глубокую
технологическую модернизацию НКОС.

Заключение

По результатам выполненного институтом технико-экономического сравнения вариантов, учитывающего – эксплуатационные затраты и экологические платежи, а также, принимая во внимание концепцию перспективного развития Курьяновских очистных сооружений, заказчик данной работы (МГУП «Мосводоканал») выбрал для реализации 2-й вариант, предусматривающий глубокую технологическую модернизацию НКОС.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД В ФОТОБИОРЕАКТОРАХ

При обеззараживании доочищенных сточных вод использо-
вание УФ-облучения имеет больше преимуществ, чем хлориро-
вание, при обработке воды хлором появляются токсичные
хлорорганические продукты и при хранении газообразного хлора
на станции очистки воды возникает опасность взрыва и техноген-
ного заражения местности. К основному недостатку ультрафио-
летового облучения можно отнести отсутствие пролонгированного
бактерицидного свойства. Целесообразнее применять УФ-облучение в комплексе с добавлением ионов серебра, в концентрации ниже ПДК. Однако относительновысокая стоимость серебра, а также подавление бактерициднойспособности серебра хлорид-, бромид-, йодид- и сульфат-ионов,делает это сочетание методов трудно осуществимым [1].

Применение электролиза ^— метод обеззаражива-ния, основанныйна воздействии электрического тока на растворыэлектролитов. В качестве электролита выступают гипохлорит на-трия, который добавляют при традиционном обеззараживании (но в меньшей концентрации), и хлорид натрия. В результате этого
процесса под действием электрического тока образуется свобод-
ный хлор и диоксид хлора — анолит, который по своим обеззара-
живающим свойствам превосходит гипохлорит натрия [2].

Другой метод ^— пропускание электрического разряда высокого
напряжения. В электроразрядную установку обработки
воды подается электрический ток высокого напряжения — 30-60 кВ.
Электрический разряд в воде сопровождается образованием основ-
ного разрядного канала - газовой полости с низкотемпературной
плазмой (-104 К). Движение границ разрядного канала приводит
к появлению волн сжатия различной интенсивности. Эти эффекты
приводят к обеззараживаю [3].

Однако, у этих методов есть и общий недостаток: реактивация микроорганизмов после прекращения действия агента.

Процесс бактериального самоочищения.

Обеззараживание очищенных сточных вод без образования токсичных соединений и без эффекта реактивации микроорганизмов
за счет зоопланктонных организмов : микроводоросли
и зоопланктон.

В Инженерно-технологическом центре МГУП «Мосводока-
нал» на Курьяновских очистных сооружениях создана и запуще-
на в действие пилотная установка, представляющая собой фото-
биореактор с микроводорослями.

Установка (рис. 2 и 3) состоит из колонн с культурой водо-
рослей; системы освещения (3000 люкс, определялось с помощью
люксометра); системы подачи и распределения воздуха (для
снабжения водорослей СО_а и для перемешивания биомассы в ко-
лоннах); системы подачи очищенной сточной воды взамен слитой

воды из реактора; системы обезвоживания биомассы фильтрова-
нием с применением вакуумного насоса (фильтр с размером пор
3 мкм).

Подача воздуха осуществляЕТСЯ круглосуточно, освещение ко-
лонн — 12 часов в сутки, регулирование освещения — контро-
лером.

Колонны являются периодическими реакторами полного
смешения с заменой части жидкости 1 раз в сутки. В колоннах
заданы три режима, отличающихся значением во-
дообмена (объем жидкости, заменяемой в реакторе на сточную
воду, выраженный в процентах от общего объема колонны). Дан-
ные по доочистке по биогенным элементам и фитопланктонному
сообществу представлены в [4].

В поступающей биологически очищенной и доочищенной во
де определялось содержание общих колиформных и термотоле
рантных бактерий (табл. 1).

Доочищенная вода (выход) в трех опытах после прохождения
через реактор имела показатели бактериальной загрязненности,
соответствующие нормативам при сбросе сточных вод в водоем
рыбохозяйственного назначения.

Обеззараживающим «агентом» являются организмы зоо-
планктона, населяющие реактор. За время наблюдений в реак-
торах выявлено 48 видов зоопланктонных организмов, относя-
щихся к 6 систематическим подразделениям: коловратки (к-14
видов), ветвистоусые (kl-12 видов), веслоногие (кр-4 вида), нау-
плии (п-1 вид), нематоды (nm-1 вид), олигохеты (о-10 видов),
прочие (рг-6 видов).

Преобладающими видами по численности и биомассе в ФБР
были коловратки и кладоцеры (рис. 4). При этом Alona costata
Sars встречалась во всех отобранных образцах и биомасса дан-
ного организма на выходе из реактора увеличивалась.

Суточный прирост организмов зоопланктона в биореакто-
ре показан на рис. 5. Расчетные данные показывают, что через
сутки в биореакторе происходит не только увеличение числен-

ности и биомассы организмов зоопланктонного сообщества, но и смена видового состава: появление преобладающих по численности и биомассе зоопланктонных организмов группы копеподы.

Как видно из рисунков, на выходе из реактора через сутки не наблюдается преобладания какой-либо группы организмов, что говорит о стабильности сообщества биореактора (рис. 4).

Для того, чтобы использовать данный метод
в промышленных масштабах, необходимо введение совершенно новых,
не применявшихся ранее технологических параметров. Таким параметром может являться удельное потребление бактериопланктона зоопланктоном.

Нами сделан расчет
потребления бактериальной биомассы сообществом зоопланктона в сутки. Суточный рацион бактериопланктона для ветвистоусых рачков

(кладоцеры) и коловраток составляет 50-100% от веса. Бактериаль-
ная биомасса потребляется наравне с фитомассой. Средняя био-
масса кладоцер в ФБР составила 8,9 мг/м³, коловраток —
2,0 мг/м³, то есть потребление зоопланктонным сообществом в сутки
составляет 5,5-10,9 мг/м³. Средняя биомасса бактериопланктона -
3,0* 10"⁵ мг/м³. Наши расчеты показывают, что наличие в реакто-

pax ФБР кладоцер и коловраток может уменьшить бактериаль
ную загрязненность на 100%.

Была проведена проверка возможной реактивации микроорганизмов в обеззараженной воде после ФБР. Вода с отфильтрованными водорослями хранилась в стерильной посуде при комнатной температуре с последующим отбором проб из нее через б,
18, 24, 48 часов. В воде определялся показатель ОКБ. Результаты
показали, что изменения соответствуют точности определения.
Данные представлены в табл. 2.

Это новый подход к обеззараживанию
доочищенных сточных вод в фотобиореакторе с использованием организмов зоопланктона, при котором не образуются токсичные
хлорорганические соединения, не требуются дополнительные рас-
ходы на реактивы и их хранение, а также снижены затраты на
электроэнергию за счет исключения из цепи обеззараживания
различного оборудования. При данном способе обеззараживания
невозможна реактивация микроорганизмов. Подобран видовой со-
став биоценоза и разработаны технологические условия стабильного функционирования процесса обеззараживания в ФБР.

Таблица 2

Содержание бактерий в обеззараженной воде после удаления из ФБР

(ОКБ, КОЕ/100 мл)

Номер экспери- мента	Исходное значение	Через 6 часов	Через 18 часов	Через 24 часа	Через 48 часов
1	110	140	90	100	130
2	260	220	25	270	240
3	350	390	290	350	310

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОЧИСТКЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Разработанная в ОАО «МосводоканалНИИпроект» усовершен-
ствованная технология обезвреживания городских поверхностных
сточных вод для селитебных и промышленных площадей водо-
сбора способствует достижению основных показателей качества
очищенной воды, которые определяются требованиями, предъяв-
ляемыми к водам при сбросе в водоемы рыбохозяйственного водо-
пользования.

Методика расчета сооружений и разработка технологии
очистки дождевых сточных вод заключается в следующем: сбору,
усреднению и очистке подвергается весь объем дождевых вод, вы-
падающих на территорию водосбора. Расчет количества дожде-
вых стоков с 1 га водосборной территории определяется по ре-
зультатам наблюдений гидрометеорологической службы в данной
местности, производящей мониторинг количественных параметров
атмосферных осадков. Систематизация и анализ этих данных по-
зволяет определить количество выпавших дождей, их интенсив-
ность, повторяемость и продолжительность.

Поверхностные сточные воды (ПСВ) собираются в коллекторы
внутриплощадочных водостоков через дождеприемные решетки,
расположенные по территории согласно вертикальной планировке,
и поступают в подземную регулирующую емкость. Регулирующая
емкость состоит из прямоугольных секций, в которые загрязненные
ПСВ поступают последовательно через переливные окна, располо-
женные в верхней части секции. Для отведения ПСВ в самотечном
режиме очистные сооружения расположены в самом пониженном
месте площади водосбора, при этом самая низкорасположенная
дождеприемная решетка определяет наполнение регулирующей
емкости.

После заполнения регулирующей емкости расчетным объемом
одного выпавшего дождя, прошедшим через расположенную на
подводящем коллекторе сороудерживающую решетку, происходит
перелив нерасчетного объема ПСВ (составляющего около 5%) из последней секции регулирующей емкости через специальное водопе-
реливное устройство в городской коллектор или водоем. Конструк-
ция водопереливного устройства исключает возможность сброса
в водоем нефтяной пленки, выпавшего осадка и других крупно-
дисперсных примесей.

Механическая очистка ПСВ осуществляется методом отстаи-
вания в течение 2—3 суток, после чего осветленные стоки направ-
ляются на физико-химическую очистку, включающую каскад из
трех рядов последовательных напорных фильтров с минеральны-
ми фильтрующими и сорбционными материалами (рис. 1).

Рис. 1. Каскад напорных фильтров очистных сооружений ПСВ.

Применимость фильтрующих материалов оценивается по сле-
дующим основным критериям: развитая удельная поверхность зе-
рен, большая пористость и грязеемкость, механическая прочность,
низкая истираемость и измельчаемость, высокая сорбционная
емкость, регенерируемость без применения реагентов в процессе
эксплуатации, возможность экологически безопасной утилизации
после полного исчерпания первоначальных свойств, многолетний
цикл эксплуатации и невысокая стоимость. К наиболее эффектив-
ным фильтрующим материалам, отвечающим установленным тре-
бованиям, следует отнести кварцевый песок, шунгизит, базальт,
цеолит, дробленую керамзитовую и антрацитовую крошку (фрак-
ционный состав 1-2 мм). В качестве сорбционного материала ре-
комендуется мелкозернистый активированный уголь различных
марок: АГ-3, АГ-90, СТК-2А, ДАК, АРТ-1, БАУ, СКТ-ЗУ. Высокая
сорбционная емкость активированных углей обуславливает глу-
бокую очистку ПСВ от микроколичеств тонкодиспергированных

взвесей, растворенных нефтепродуктов, остатков солей тяжелых
металлов, синтетических токсикантов.

Эффективная работа каскада напорных фильтров зависит от
свойств сорбционных материалов и их срока службы. На основании результатов исследований, проведенных в лабораторных условиях,была подтвержденагипотеза о целесообразности повторного использования регенерированного сорбента в качестве сорбционной загрузки напорногофильтра. Экспериментальные изотермы адсорбции нефтепродуктов из осветленных ПСВ на различных марках сорбентов представлены на рис. 2.

БАУ-рег БАУ АГ-3 • ^н АГ-З-р .

Рис. 2. Экспериментальные изотермы адсорбции нефтепродуктов
на сорбентах.

При сравнении сорбционной емкости исходного активирован-
ного угля и регенерированного можно сделать вывод о том, что
происходит значительное восстановление емкости загрузки как для угля марки БАУ, так и для марки АГ-3.

Химическая регенерация заключается в обработке кислотны-
ми или щелочными реагентами загрязненного сорбента, промывки
его и фракционировании. Термическая регенерация состоит в том,
что порцию угля подвергают прокаливанию в высокотемператур-
ных печах, в результате чего происходит выжигание нефтяных
и органических компонентов, загрязняющих водную среду.

Промывка фильтрующих и сорбционных материалов в техно-
логическом процессе очистки поверхностного стока, осуществляемая
в противоточном режиме очищенной водой, аккумулируемой в сбор-
ном резервуаре, приводит к эффективному удалению загрязнений
с поверхность зерен и из межпорового пространства. Загрязненная
промывная вода возвращается в регулирующую емкость для даль-
нейшего отстаивания и доочистки на напорных фильтрах. Для удале-
ния выпавшего осадка и нефтепродуктов из регулирующей емкости
в технологическую схему включены песковая площадка с устрой-
ством отведения надосадочной суспензии и нефтеразделитель.

Сырой осадок представляет собой смесь компонентов минераль-
ного и органического происхождения: осевшая пыль, крупно- и мелкозернистый песок, частицы глинистого грунта и растительные остатки, продукты эрозии почв и дорожных покрытий, проливы топливаи автомобильных масел. Удаление шлама влажностью 97 — 98%
производится насосными агрегатами на песковую площадку, которая
представляет собой железобетонный или металлический контей-
нер. После гравитационного уплотнения в естественных условиях
влажность шлама снижается до 50-60%, что соответствует усло-
виям его вывоза автотранспортом на специализированные полиго-
ны для дальнейшего обезвреживания и утилизации. Надосадочная
суспензия, содержащая грубодисперсные и эмульгированные не-
фтепродукты, подвергается расслоению с водной средой в нефте-
разделителе, при этом обезвоженная масса нефти накапливается
и также вывозится на специальные предприятия на переработку,
а вода поступает в регулирующую емкость.

К основным загрязнениям осадка можно отнести нефтепро-
дукты, хлориды, сульфаты, а также соли тяжелых металлов. Ре-
зультаты анализов осадка представлены в табл.

Как следует из результатов, представленных в таблице, осадок
характеризуется многокомпонентным составом, загрязненным тя-
желыми металлами, концентрация которых выше ПДК, и следо-
вательно, требуется его обезвреживание на специализированных
предприятиях.

Площадь, занимаемая блоком очистных сооружений, состав-
ляет 0,5—1,0 % от расчетной площади водосбора, при этом в под-
земной части расположена регулирующая емкость и насосное
оборудование, а в наземной - фильтрующие аппараты и обезво-
живающие контейнеры.

Насосное оборудование представлено консольными центро-
бежными агрегатами, работающими в полуавтоматическом режи-
ме, и предназначено для транспортирования осветленной воды

из регулирующей емкости к напорным фильтрам, взрыхления
и промывки их зернистых сорбентов, гидрозагрузки и гидровы-
грузки материалов, отведения осадка на песковую площадку,
а также дренажных вод, образующихся в насосной станции.

Таблица

Результаты химического анализа осадка очистных сооружений ПСВ

JV® п/п	Показатели	Концентрация, мг/кг
JV® п/п	Показатели	Автобусные парки	Автозаправочные станции	Жилая застройка	Предприятия строительной индустрии
1.	Марганец	2,85	5,61	0,17	3,69
2.	Медь	14,75	64,91	9,43	23,82
3.	Железо	22,61	78,53	5,27	17,43
4.	Кадмий	1,26	4,83	0,92	2,86
5.	Никель	34,52	54,27	40,24	73,92
6.	Свинец	29,78	82,65	18,35	18,45
7.	Хром	8,27	30,19	5,42	37,63
8.	Цинк	95,63	173,89	73,62	108,77

При составлении технологической схемы были разработа-
ны технические решения, позволяющие использовать комплекс
очистки ПСВ в круглогодичном цикле, включая зимний период.
Для этого регулирующая емкость оборудована карманом приема
снежной массы, доставляемой самосвалом или скребковым меха-
низмом. Таяние снега происходит в первой секции регулирующей
емкости, после чего талые воды осветляются в процессе отстаи-
вания и подвергаются доочистке на напорных фильтрах.

Как показали наблюдения за процессом в зимний период недостаточно эффективно происходит плавление снежной массы в регулирующей емкости, было принято решение об устройстве в секции трубопроводов с теплоносителем, обеспечивающим необходимую температуру таяния снега.

Химический состав и свойства очищенных ПСВ позволяют
рационально применять их, на технические нужды
и экономить воду питьевого качества. К приоритетным сферам по-
вторного использования очищенных стоков относятся: приготовле-
ние воды в котельных, подпитка оборотных систем технического
водоснабжения, полив зеленых насаждений и санитарная уборка
территории, пожаротушение, собственные нужды станции очист-

ки ПСВ (взрыхление и промывка фильтрующих и сорбционных
материалов, их гидрозагрузка и гидровыгрузка, охлаждение саль-
ников насосных агрегатов и др.).

На основании проектной документации, разработанной
ОАО «МосводоканалНИИпроект», в настоящее время в Москве
и области построено и эксплуатируется более 100 комплексов по
очистке ПСВ.

Следует отметить, что в зимний период эксплуатации очист-
ных сооружений выявлена максимальная концентрация нефтепро-
дуктов (н/п) по всем типам площадей водосбора, что обусловлено
высокой транспортной нагрузкой, интенсивностью и продолжи-
тельностью выпадения снега, применением противогололедных
реагентов, уборкой и санитарным состоянием бассейна водосбора
и др. Сравнение величин значений концентраций нефтепродуктов
показывает, что при проектировании сооружений ПСВ автобус-
ных парков и предприятий строительной индустрии необходимо
предусматривать дополнительные технические решения для ин-
тенсификации процесса сбора и удаления нефтепродуктов.

В связи с резким увеличением числа
автотранспортных средств в городе, возросло поступление с атмо-
сферными осадками (дождь, снег, талые воды) нефтепродуктов и с
селитерных территорий до 25—30 мг/л. Таким образом, регуляр-
ный контроль за исходным состоянием и свойствами ПСВ позво-
ляет при проектировании учитывать воздействие развивающейся
городской среды.

Особенности условий формирования ПСВ и условий эксплуа-
тации обусловили необходимость проектирования комплексов, ра-
ботающих в автоматическом режиме. Работа в автоматическом ре-
жиме позволяет повысить надежность и долговечность очистного
оборудования, минимизирует операции обслуживающего персона-
ла и обеспечивает бесперебойность процесса очистки.

В настоящее время усовершенствованная технология
очистки ПСВ защищена патентами РФ (патентообладатель —
ОАО «МосводоканалНИИпроект»), подтверждена санитарно-
эпидемиологическим заключением и сертификатом соответствия
Российской Федерации.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАВАЮЩЕГО ЗАГРУЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА В КАЧЕСТВЕ МЕТОДА ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ УДАЛЕНИЯ АММОНИЙНОГО АЗОТА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

Исследования применения плавающего загрузочного мате-
риала для интенсификации биологической очистки сточных вод
проводились в лабораторных условиях на испытательном стенде
научно-исследовательской лаборатории «Реконструкция и модер-
низация водоотводящих систем и сооружений» кафедры Водоотве-
дения Московского государственного строительного университета.
Исследования проводились на лабораторных моделях, работающих
в проточном режиме.

Исследования на этапе 1 : изучение возмож-
ности собственного использования плавающего загрузочного мате-
риала, определение его оптимальной концентрации по
объему в аэрационном сооружении.

Были отобраны три загрузочных материала: Полистирол
(рис. 1), Поливом (рис. 2) и Биошары (рис. 3). Характеристики
загрузочных материалов даны в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики загрузочных материалов

Материал	Объемная масса, кг/м³	Удельная поверхность, м²/м³
Полистирол	22	420
Поливом	25	600
Биошары	50	620

Образцы плавающего загрузочного материала исследо-
вались в лабораторной установке(рис.4),вкоторой была реали-
зована технологическая схема очистки сточных вод в аэротенке.

При подготовке к исследованиям возникла необходимость
определения оптимального соотношения объема загрузочного
материала к объему аэротенка. По данным литературных ис-
точников, минимальная доля загрузочного материала от объема
аэрационного сооружения, при которой использование загрузочного материала может быть обосновано, составляет 10%, максимальная же концентрация равна 30%. Исходя из этого, в целях наиболее полного исследования работы образцов загрузочного материала рассматривалась их работа в аэротенке в количестве 10%, 20% и 30% от объема сооружения.

По числу образцов загрузочных материалов исследования на
этапе 1 были разделены на три подэтапа, каждый из которых был
посвящен исследованию отдельного образца загрузки. При этом
в параллельном режиме исследовалась работа соответствующего ти-
па плавающего загрузочного материала в заданных концентрациях
по объему. Для обеспечения достоверности исследований в эксплуа-
тации также находилась контрольная установка, в которой загру-

зочный материал установлен не был. Время аэрации в установках
составляло 8 часов.

Исследования проводились с использованием
искусственно приготовленной сточной жидкости на основе пептона.
Концентрации загрязняющих веществ были наиболее приближены
к существующим в реальной сточной воде. Санитарно-химические
анализы для контроля работы установки проводились по общепри-
нятым методикам.

На протяжении данного этапа в установках, оснащенных плава-
ющим загрузочным материалом, эффект удаления аммонийного азо-
та был стабильно выше, чем в контрольной установке, что подтверж
дает положительное влияние плавающего загрузочного материала на
эффективность происходящих в системе процессов очистки. Выбор
оптимальной концентрации плавающего загрузочного материала по
объему для каждого из образцов проводился на основании лабора-
торных исследований и математической обработки данных, кото-
рая включала в себя получение значений нагрузки на ил в системе,
а также скоростей окисления по ВПК₅ и NH_r Математическое описа-
ние зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации
субстрата производилось на основании формулы Михаэлиса-Ментен
и метода ее линеаризации, разработанного Лайнуивером и Берком.

Для плавающего загрузочного материала Полистирол опти-
мальной была признана концентрация 10% от объема аэрационно-
го сооружения, а для плавающих загрузочных материалов Поливом
и Биошары — концентрация 20% от объема аэрационного сооруже-
ния. В табл. 2 представлены средние значения показателей очистки
для установок с оптимальным количеством плавающего загрузочного
материала и контрольной установки.

Таблица 2

Результаты исследований на этапе 1

Вид плавающего		Средние		значения показателей, мг/л
загрузочного	ВПК. 5			NH,
материала	вх.	вых.	э,%	вх.	вых	э,%	вх.	вых.	э,%
Полистирол	155	8	95	22,1	зд	86	7,8	6,3	20
Поливом	161	6,7	96	26,6	4,9	82	8,2	7,7	6
Биошары	144	6,4	96	22,7	4,3	81	9,4	7,3	22
Контроль	150	12,6	92	23,0	10,3	55	8,9	7,9	И

Таким образом, были получены опытные доказательства ин-
тенсификации процессов глубокой биологической очистки сточных
вод от органических загрязнений и аммонийного азота при исполь-
зовании плавающего загрузочного материала различных типов.

На этапах 2 и 3 рассматривались двухступенчатые технологи-
ческие схемы очистки с целью достижения нормативных показате-
лей очистки. Аэрационные установки на этапах 2 и 3 оснащались
исследуемыми типами загрузочных материалов в определенных
в ходе этапа 1 оптимальных концентрациях.

На этапе 2 эксперимента по совершенствованию процессов
удаления органических загрязнений и аммонийного азота исследо-
валась работа пилотной установки (рис. 5), на которой в качестве
первой ступени биологической очистки использовался аэрацион-
ный реактор, в качестве второй ступени — биофильтрационный
реактор.

В первую очередь на данном этапе исследований необходи-
мо было определить тип наиболее эффективно работающего пла-
вающего загрузочного материала в аэрационном реакторе данной
технологической схемы. В результате экспериментально было вы-
явлено, что наилучших показателей очистки как по органическим
загрязнениям, так и по аммонийному азоту, удалось достичь при
использовании плавающего загрузочного материала Поливом. Био-
фильтрационный реактор был оснащен засыпной цилиндрической
полимерной загрузкой с напылением. Удельная поверхность дан-

ного загрузочного материала составила 300 м²/м³, удельная мас-
са - 100 кг/м³.

После определения оптимального загрузочного материала
данная технологическая схема исследовалась в различных режи-
мах и условиях работы с целью достижения нормативных показа-
телей очистки сточных вод. Время обработки сточных вод варьи-
ровалось от 5 до 8 часов. Концентрация растворенного кислорода
составляла около 7 мг/л. Было отмечено, что работа аэрационного
сооружения без возврата рециркулирующей иловой смеси при ма-
лой дозе взвешенного активного ила в аэрационном реакторе, не
превышавшей в ходе эксперимента 0,2 г/л, оказала положитель-
ное влияние на эффективность работы системы. Доза прикреплен-
ной на плавающем загрузочном материале биомассы составляла
в среднем 0,9 г/л. Наибольшего эффекта очистки и одновременно
установленных нормативами показателей очистки по ВПК₅, аммо-
нийному азоту и нитратам удалось добиться при времени пребы-
вания сточной жидкости в аэрационном сооружении 8 часов. Эф-
фект удаления фосфатов не превышал 40%, что соответствовало
традиционной биологической очистке.

В результате математической обработки результатов были
получены значения скоростей протекающих в системе процессов
окисления и денитрификации, построены зависимости обратных
величин скорости окисления органических загрязнений от обрат-
ных величин концентрации ВПК- (рис. 6) и обратных величин ско-
рости окисления аммонийного азота от обратных величин концен-
трации аммонийного азота (рис. 7).

На основании метода линеаризации Лайнуивера-Берка зави-
симость Михаэлиса-Ментен для скорости окисления органических
загрязнений от концентрации БПК₅ (1) и скорости окисления ам-
монийного азота от его концентрации (2) принимает вид:

Графические интерпретации данных зависимостей представ-
лены на рис. 8.

На этапе 3 были продолжены исследования по совершенство-
ванию процессов удаления органических загрязнений и аммоний-
ного азота. В пилотной установке была рассмотрена работа двух-
ступенчатой технологической схемы (рис. 9). В качестве первой
ступени биологической очистки использовался биофильтрационный
реактор, а в качестве второй ступени — аэрационный реактор.

В рамках данного этапа изучалась работа пилотной установ-
ки в различных режимах. Время пребывания сточной жидкости
варьировалось от 5 до 8 часов. Для достижения стабильной ра-
боты между ступенями биологической очистки был установлен
промежуточный отстойник для задержания отжившей биопленки

после биофильтрационного реактора. Также эта мера позволила
поддерживать в аэрационном сооружении малую дозу ила, эффек-
тивность использования которой была экспериментально доказана
в ходе этапа 2.

Удельная скорость
окисления, мгБПК₅/(г*ч)

дЛ Концентрация БПК_Л, мг/л

Рис. 8. Зависимости скорости окисления от концентрации субстрата:
а) органических загрязнений; б) аммонийного азота.

В результате наибольшего эффекта удаления загрязнений на
уровне 98-99% как по ВПК., так и по аммонийному азоту, а также
нормативных показателей очистки по ВПК₅, аммонийному азоту,
нитритам и нитратам, удалось добиться при использовании в аэ-
рационном реакторе плавающего загрузочного материала Биоша-
ры. Время аэрации составляло 8 часов, доза взвешенного активно-
го ила ^— 0,7 Ь,8 г/л, прикрепленного ^— 0,3 г/л. Доза растворенного
кислорода в аэрационном сооружении была на уровне 6 Ь мг/л.
Эффект удаления фосфатов вновь не превышал 40% и соответ-
ствовал традиционной биологической очистке.

После проведения лабораторных исследований были опреде-
лены скорости окисления органических загрязнений и загрязнений
по аммонийному азоту, а также скорости денитрификации. На дан-
ном этапе исследований также были получены значения скоростей
протекающих в системе процессов денитрификации, и построены
зависимости обратных величин скорости окисления органических
загрязнений от обратных величин концентрации ВПК. (рис. 10)
и обратных величин скорости окисления аммонийного азота от об-
ратных величин концентрации аммонийного азота (рис. 11).

ратных величин концентрации аммонийного азота фис. nj.

0,20—г—

0,15—|— -МА

1/БПК

Рис. 10. Зависилюсть обратных величин скорости окисления органических
загрязнений (1/V) от обратных величин концентрации БПК₅ (1/БПК).

На основании метода линеаризации Лайнуивера-Берка зави-
симость Михаэлиса-Ментен для скорости окисления органических
загрязнений от концентрации БПК5 (3) и скорости окисления ам-
монийного азота от его концентрации (4) принимает вид:

U,b/-fl l_4ex

i/nh₄

Рис. 11. Зависимость обратных величин скорости окисления аммонийного
азота (1/V) от обратных величин концентрации аммонийного азота (1/NH₄).

Графические интерпретации данных зависимостей представ-
лены на рис. 12.

Концентрация БПК_У мг/л

Концентрация NH , мг/л

В табл. 3 даны основные результаты исследований на этапах
2 и 3.

Выпуск XI. Инженерные системы городского хозяйства: проекты и инновации 155

Таблица 3

Показатели эффекта удалении загрязнений и скорости процессов очистки

Вид плавающего загрузочного ма- териала	Эффект удале- ния, %		Скорости окисления загрязнений		Скорость де- нитрификации
Вид плавающего загрузочного ма- териала	бпк₅	NH, 4	МГ БПК₅ г-ч	мг NH₄ г-ч	мг N0₃ г-ч
Этап 2, Поливом, 20% от объема	99	99	31,4	5,5	9,9
Этап 3, Биошары, 20% от объема	98	99	8,6	2Д	4,0

г - грамм беззольного вещества.

По результатам исследований были сделаны следующие выводы:

1. Экспериментально доказана возможность и эффективность
использования прикрепленной на плавающем загрузочном ма-
териале биомассы для глубокой биологической очистки сточных
вод и удаления аммонийного азота при объемном количестве
материала, составляющем 20% от объема аэрационного соору-
жения.

2. Экспериментально доказана стабильность и устойчивость
биологической системы с иммобилизованной на плавающем загру-
зочном материале микрофлорой при малой дозе взвешенного ак-
тивного ила в аэрационном реакторе, составляющей до 0,8 г/л.

3. Получены математические зависимости биологических про-
цессов, протекающих в системах с плавающим загрузочным ма-
териалом при малой дозе активного ила.

4. Доказана эффективность работы систем глубокой биологи-
ческой очистки сточных вод в условиях малой дозы взвешенного
активного ила до 0,8 г/л в аэрационных сооружениях, работающих без возврата рециркулирующего активного ила в сочетании
с плавающим загрузочным материалом.

5. Разработаны новые технологические схемы глубокой очистки сточных вод от аммонийного азота и органических загрязнений с применением плавающего загрузочного материала.