Охарактеризовать особенности режима промежуточных нагрузок БПК на активный ил (режима вспухания ила). Каковы возможности и перспективы практического применения этого режима?

Максимальное значение диапазона нагрузок обычных нагрузок находится на уровне 500-600 мг/л БПК_ПОЛН на г ила в сутки, а минимальные величины режимов высоких нагрузок составляют 1000-1300 мг/л БПК на г ила в сутки.

Диапазон нагрузок от 600 до 1000 мг/г в сутки характеризует область вспухания активного ила: иловый индекс при таких нагрузках резко возрастает и достигает максимальных значений (свыше 300-400 мл/г, при нагрузках около800 мг/г в сутки).

Вспухший ил обладает чрезвычайно развитой поверхностью, имеет очень высокую окислительную способность по сравнению с обычным илом.

Отмечено также, что вспухший ил приобретает способность интенсивно использовать углерод из трудноокисляемых синтетических веществ, например, СПАВ.

Однако, нормальная эксплуатация очистных сооружений со вспухшим илом невозможна, поскольку вторичные отстойники не способны отделить такой ил от очищенной воды и происходит его вынос с отводимым потоком.

В настоящее время известен ряд технологических решений, позволяющих отделить вспухший ил от воды - использование вместо вторичного отстаивания флотации активного ила, применение аэротенков с инертными заполнителями, выполняющими функции носителей прикрепленной микрофлоры. В последнем случае вспухший ил закрепляется на носителях, что значительно повышает рабочую дозу ила в аэротенке, улучшает его седиментационную способность и предотвращается вынос ила с биологически очищенной водой.

Пока еще не созданы приемлемые для условий очистки городских сточных вод конструктивно-технологические системы, позволяющие реализовать названные технологические решения.

Следует надеяться, что в дальнейшем такие системы будут созданы, что позволит использовать богатые потенциальные возможности вспухшего ила.

В реальных условиях границы диапазона вспухания ила могут отличаться от тех, которые были приведены выше. Они должны уточняться опытным путем в каждом конкретном случае.

Известны примеры, когда при сравнительно высоких нагрузках на ил по БПК₅ состояние ила оставалось удовлетворительным.

Так, аэротенки Люблинской станции аэрации (Москва) в 1965 году работали с нагрузкой 518 мг БПК₅ на г беззольного вещества в сутки (среднегодовая величина). В летне-осеннее время нагрузка достигала 600 мг/г и выше, а в июне составляла 831 мг/г сут. Такая нагрузка объяснялась остановкой части аэротенков на ремонт. В зимний период нагрузка снижалась. Несмотря на такие высокие нагрузки, среднегодовая величина илового индекса составляла 176 мл/г, максимальное 161 мл/г.

При поступлении на аэротенки сточных вод, содержащих промышленные примеси, предельные нагрузки, которые вызывают вспухание ила, могут значительно снижаться.

Вспухание активного ила, определяемое ростом илового индекса, приводит к осложнению работы вторичных отстойников. Поэтому следует иметь в виду, что для каждой величины илового индекса существуют предельно-допустимые величины дозы активного ила (для конкретных условий функционирования вторичных отстойников).

Для радиальных отстойников, например, если иловый индекс в смеси, поступающей на них, составляет 300 мл/г, предельная величина дозы ила не превышает 1 г/л, но только тогда, когда время отстаивания смеси во вторичных отстойниках будет не менее 2-2,5 часов. При снижении илового индекса предельная величина дозы ила при прочих равных условиях сможет быть повышена.

Примерное соотношение между значением дозы активного ила, илового индекса и гидравлической нагрузки на вторичные отстойники можно определить по формуле 6.161 действующих СНиП 2.04.03.-85 (для вторичных отстойников любых типов).

Какие формы азота присутствуют в сточных водах, какие изменения происходят с ними в аэротенках? Что такое нитрификация, и какими факторами определяется ее глубина? Каковы условия денитрификации?

В городских сточных водах, поступающих на очистные сооружения, азот содержится обычно в двух формах - органический и минеральный (азот аммонийных солей). Источником азота в сточных водах, как правило, являются белковые соединения и продукты их распада. Иногда в небольшом количестве в поступающей воде присутствуют нитраты.

Процессы биологического окисления органических соединений сопровождаются изменением первоначальных форм азота, содержащихся в стоках. Важным показателем, характеризующим окислительные процессы, является нитрификация.

Нитрификация - это процесс биологического окисления кислородом воздуха аммонийного азота до нитратов и нитритов, осуществляемый нитрифицирующими микроорганизмами.

Глубина нитрификации зависит, прежде всего, от величины нагрузки по БПК на активный ил, от длительности аэрации, возраста активного ила. Чем ниже нагрузка, тем активнее идут процессы нитрификации. Если при нагрузках 400-500 мг БПК₅ на г ила в сутки нитрификация практически не идет, то при их снижении до 100-150 мг/г сут большая часть азота переходит в нитраты.

Важным условием нитрификации является обеспечение процесса необходимым количеством кислорода, т.к. увеличение интенсивности окисления аммонийных соединений требует дополнительных количеств кислорода. Правда, такое увеличение вызвано не только нитрификацией, но в большей мере развитием процессов эндогенного окисления ила, происходящем при снижении нагрузки органических веществ на ил.

Существенное влияние на ход нитрификации оказывает температура сточных вод. В летний период нитрификация развивается значительно лучше, зимой она замедляется, что объясняется изменением ферментативной активности ила в зависимости от температурных условий.

С промышленными сточными водами на аэротенки могут поступать примеси, отрицательно влияющие на жизнедеятельность нитрифицирующих организмов, что приводит к торможению процессов нитрификации.

Одновременно с нитрификацией в аэротенках в той или иной степени могут развиваться и процессы денитрификации.

Под денитрификацией понимают процесс восстановления нитритов и нитратов до свободного азота, который в виде газа выделяется их жидкости в атмосферу.

Наиболее интенсивно денитрификация протекает в зонах аэротенков, где отсутствует растворенный кислород или его дефицит очень высок (так называемые «мертвые зоны»).

Явления денитрификации могут протекать в бескислородных условиях во вторичных отстойниках, илоуплотнителях, в камерах, каналах, резервуарах, трубопроводах, если в них поступает нитрифицированный активный ил.

Механизм превращения форм азота в аэрационной системе можно в целом представить таким образом. Общий азот, поступающий в аэротенки, состоит из азота органического и аммонийного.

В аэротенках аммонийный азот окисляется до нитритов и нитратов, поэтому его количество уменьшается. Часть нитратов подвергается денитрификации, из них образуется азот в газообразной форме, выделяющийся в атмосферу. Органический азот в очищенной воде практически отсутствует или содержится в небольших количествах. В то же время большая часть органического азота усваивается активным илом, превращаясь в органический азот активного ила, увеличивая его прирост. Поэтому эту форму называют иногда азотом органического активного ила.

Уравнение азотного баланса можно записать в общем виде:

  [5.1]

где: - общий азот в исходной воде;

       - азот органический в исходной воде;

       - азот аммонийный в исходной воде;

       - азот нитритов в очищенной воде;

       - азот нитратов в очищенной воде;

       - газообразный азот, образующийся в результате денитрификации;

       - азот органический избыточного ила;

              - коэффициент, учитывающий уменьшение количества органического азота в процессе биологического окисления;

- коэффициент, учитывающий уменьшение количества аммонийного азота