Какими способами можно обеспечить удаление соединений азота и фосфора их сточных вод в аэротенках? Что такое «симультанное осаждение»?

При традиционных режимах, обеспечивающих полную биологическую очистку и частичную нитрификацию, т.е. при нагрузках 0,3-0,5 мг БПК на г ила в сутки (станции большой и средней производительности) концентрации аммонийного азота снижаются не более, чем на 30-40 %. Очищенная вода содержит в среднем 10-12 мг/л аммонийного азота и 3-4 мг/л нитратов. В этом режиме работает большинство городских станций аэрации.

Эффективное удаление аммонийного азота из сточной воды можно обеспечить, применяя режим низких нагрузок по БПК на ил. Однако при окислении аммонийного азота образуется значительное количество нитратов. Если это количество не приведет к превышению ПДС по нитратам (такой результат может быть получен, например, тогда, когда содержание аммонийного азота в поступающей воде невелико - не более 15-20 мг/л), то задача по удалению азота будет решена.

Если же нормативное содержание нитратов не обеспечивается, то требуется их денитрификация. Поэтому глубокое удаление соединений азота достигается при применении технологии нитрификации-денитрификации.

Такая технология может быть реализована в аэротенках полного окисления, в составе которых выделяется зона денитрификации. В этой зоне создаются бескислородные условия, в нее подают осветленную сточную воду в качестве источника углеродного субстрата, необходимого для денитрификации. Перемешивание в зоне денитрификации осуществляется механическими мешалками без подачи воздуха.

В зоне нитрификации происходит полное окисление азота аммонийных солей до нитратов, а в зоне денитрификации - восстановление нитратов до газообразного азота, который удаляется в атмосферу.

Так выглядит самая простая схема процесса нитрификации-денитрификации. Известны многочисленные варианты этого процесса - одностадийная, двухстадийная, трехстадийная денитрификация, комбинированные схемы, предусматривающие последовательное чередование аэробных и анаэробных зон, схемы с контактными стабилизаторами, с использованием прикрепленной микрофлоры и т.д.

Технология нитрификации-денитрификации пока еще не нашла широкого практического применения на сооружениях очистки хозбытовых сточных вод, но в будущем она, по-видимому, займет важное место.

Сегодня технологические схемы, основанные на процессах низких нагрузок, принято использовать только для сооружений небольшой производительности.

Однако при благоприятных условиях режимы полного окисления смогут быть успешно использованы на станциях средней и даже крупной производительности (если на станцию поступают слабоконцентрированные сточные воды или имеется значительный запас производительности аэротенков).

В аэротенках, работающих со средними нагрузками на активный ил (200-500 мг БПК на г беззольного вещества ила в сутки), удаление фосфора составляет 20-40%, при высоких нагрузках до 70-80%.

В аэротенках низких нагрузок процент удаления фосфора снижается до 10, а в некоторых случаях даже возрастает.

Для удаления соединений фосфора из городских сточных вод достаточно апробированным и надежным является биохимический метод очистки в аэротенках с введением химических реагентов на той или иной ступени биологической очистки. В качестве реагентов применяют традиционные минеральные коагулянты: соли двух - и трехвалентного железа, соли алюминия и известь.

Применение извести несколько усложняет эксплуатацию сооружений из-за образования карбонатных отложений на поверхности трубопроводов и оборудования, а при введении ее в первичные отстойники возникает кольматация осадка.

Реагенты могут вводиться на различных ступенях очистки: перед первичными или вторичными отстойниками, перед аэротенками, а также на стадии доочистки биологически очищенных сточных вод. Наиболее целесообразно вводить коагулянты в аэротенки. В них можно подавать все типы коагулянтов и, что особенно важно, отходы промышленных производств, содержащие соли двухвалентного железа, которые в процессе аэрации переходят в соли трехвалентного. При биологической очистке с введением коагулянтов удаление фосфора происходит в результате образования нерастворимых соединений и микробиальной ассимиляции с последующим их осаждением с активным илом и удалением с избыточным илом.

Данный процесс носит название симультанного (одновременного) осаждения. Он легко реализуется даже в условиях действующих станций аэрации и широко распространен за рубежом для борьбы с эвтрофикацией водоемов. В Швеции, например, свыше 60% городских сточных вод подвергается очистке этим методом.

Эффективность удаления фосфора увеличивается с повышением нагрузки на активный ил.

Следует отметить, что при введении коагулянтов в аэротенки улучшаются седиментационные свойства активного ила, снижается его иловый индекс, повышается эффективность последующего механического обезвоживания.

Применение реагентов усложняет эксплуатацию очистных сооружений и повышается стоимость очистки на 10-30% (в зависимости от производительности станции). Поэтому ведутся поиски технологии биологической очистки, обеспечивающей глубокое удаление фосфора без применения реагента или со значительным сокращением его расхода.

Большой интерес представляет собою разработанная ныне технология совместного удаления азота и фосфора из сточных вод биологическими методами в аэротенках.

Одно из направлений - процессы, сочетающие нитрификацию-денитрификацию с химическим удалением фосфора различными реагентами.

Второе направление - технология, в которой осуществляется очистка сточных вод в чередующихся анаэробных и аэробных условиях. Такая технология, наряду с удалением азота, позволяет одновременно обеспечивать извлечение из них соединений фосфора.

Технологические схемы совместного удаления азота и фосфора наиболее сложны для реализации на очистных сооружениях и наименее изучены в настоящее время. Требуется проведение научно-исследовательских работ по созданию различных схем совместного удаления азота и фосфора.

Таким образом, в настоящее время практическую реализацию получили приемы удаления из сточных вод соединений фосфора - основного элемента, лимитирующего процесс эвтрофикации водоемов. Накоплен значительный опыт технологии симультанного осаждения на зарубежных станциях.

Приемы удаления соединений азота в практике очистки городских сточных вод занимают незначительное место. Действующие проектные нормативы предусматривают для практического применения в основном режимы средних нагрузок. Удельная скорость окисления загрязнений около 20 мг БПК на г ила в час (около 500 мг/г сут). Поэтому сооружения очистки городских стоков, работающие в проектном режиме, могут обеспечить лишь незначительное снижение концентрации общего и аммонийного азота в очищенной воде.

Если же сооружения не полностью нагружены, то эффект снижения аммонийного азота увеличивается, но при этом он превращается в нитратную форму.

Поэтому в режиме низких нагрузок происходит лишь частичное снижение содержания общего азота в воде (за счет явления денитрификации, а также поглощения органического азота активным илом).

Практически приемлемые способы удаления азота из городских сточных вод (например, метод «нитрификации-денитрификации») только начинают внедряться на практике.