Глибоке видалення азоту та фосфору Сутність методу
Химия

Глибоке видалення азоту та фосфору Сутність методу


Глибоке видалення азоту та фосфору

Сутність методу

З хімічної точки зору в процеси біологічного очищення стічних вод поділяють 2 фази — окисну та відновлювальну.

В окисної фази відбуваються процеси окиснення вуглецю та азоту. Окислення органічного вуглецю здійснюють гетеротрофні мікроорганізми (переважно групи Pseudomonas). Окислення амонійних сполук азоту здійснюють автотрофні мікроорганізми-нітрифікатори. Їхній вміст в активному мулі становить 10-15%. Тому при біологічному очищенні стічних вод дуже важливо створити умови для збереження спільноти нітрифікуючих мікроорганізмів та підтримки їх активного функціонування.

Відновлювальні процеси включають денітрифікацію та дефосфатування. Ці процеси протікають за відсутності в воді, що очищається, розчиненого кисню (тобто в анаеробних умовах), а також в аноксидних умовах. Дихання мікроорганізмів з використанням хімічно пов’язаного кисню характерне для 70-80% гетеротрофних бактерій активного мулу. В умовах, коли в воді, що очищається, відсутні кисневмісні аніони, в т.ч. сульфати, і бактерії активного мулу використовують ненасичені органічні кислоти, відбувається інтенсивне виділення фосфатів із тіла клітин у воду. Ці процеси мають місце на початковій стадії метанового бродіння.

Перелічені вище процеси лежать в основі роботи реакторів для нітрифікації, денітрифікації та дефосфатування.

Видалення азоту

Технологія послідовного двостадійного окиснення азоту (включає нітрифікацію та денітрифікацію) обумовлена ​​умовами існування хемоавторофних бактерій-нітрифікаторів (Nitrosomonas і Nitrobacter). Нітрифікатори окислюють амонійний азот до нітритів, а потім – до нітратів. Ці бактерії не терплять присутності у воді легкоокислюваних органічних речовин. На стадії окислення вуглецю вони інгібовані і включаються до активної діяльності тільки після окислення 60-70% органічних забруднень.

Нітрифікація. Хемоавторофні бактерії-нітрифікатори розмножуються значно повільніше, ніж гетеротрофні мікроорганізми, що переважають за чисельністю. Виведення із системи надлишкового активного мулу, що містить певну кількість бактерій-нітрифікаторів, може спричинити збіднення їхньої спільноти. Тому вік активного мулу вибирають, виходячи з умов збереження та накопичення нітрифікуючих бактерій.

При вплив на активний мул важких металів, СПАР, нафтопродуктів, а також фенолів та амінів швидкість зростання та функціонування нітрифікаторів знижується. Так, при концентрації у стічній воді одного з металів (хрому, нікелю, міді або цинку) вище 1 мг/л швидкість нітрифікації знижується.

Великий вплив на життєдіяльність бактерій-нітрифікаторів має температура води. При температурі 5-60З вони інгібовані, активність нітрифікатирів виявляється при 10-250З.

Тривалість нітрифікації залежить від концентрації амонійного азоту в воді, що очищається, і від вимог до очищеної води. Досягнення концентрації амонійного азоту менше 1 мг/л вимагає значного збільшення тривалості аерації та зниження навантаження на мул до 0,07-0,09 кг БПК5 на кг мулу на добу.

Денітрифікація заснована на здатності мікроорганізмів активного мулу в анаеробних умовах використовувати як джерело кисню нітритний і нітратний кисень. Для відновлення азоту необхідна наявність легкоокислюваних органічних речовин (наприклад, етанолу, нижчих кислот жирного ряду). У ході реакцій відновлення азоту відбувається приріст маси активного мулу та збільшення кількості бікарбонат-аніону НСОclip_image002. Підвищення карбонатної лужності води позитивно впливає перебіг процесу нітрифікації, як у технологічної схемі денитрификатор розміщено перед нітрифікатором.

Денітрифікація може здійснюватися за рахунок накопичення забруднень в активному мулі, домішок у освітлених або неосвітлених стічних водах, органічних кислот (внаслідок кислотного бродіння осаду). Швидкість денітрифікації підвищується за наявності даних джерел вуглецю та зі збільшенням концентрації доданого субстрату.

В активному мулі переважають бактерії групи Pseudomonas, із загальної маси активного мулу 70-80% мікроорганізмів здатні використовувати для дихання кисневмісні сполуки азоту. Постійне повторення циклу знаходження мулу в аноксидних умовах призводить до накопичення та посилення співтовариства денітрифікуючих мікроорганізмів.

На зростання гетеротрофних денітрифікуючих організмів впливає кількість засвоюваних органічних речовин та забезпеченість нітратним азотом. Амонійний азот у міських стічних водах міститься у великій кількості і істотно не впливає на процес денітрифікації. Інгібує денітрифікацію розчинений кисень, тому в зоні денітрифікації концентрацію розчиненого кисню необхідно знижувати до мінімально можливого рівня. Швидкість денітрифікації залежить також від температури та карбонатної лужності води.

Видалення фосфору

На відміну від азоту, який може виводитися із системи в газоподібному стані при денітрифікації, фосфор розподіляється між мулом та очищеною водою. Біологічне видалення фосфору полягає лише у його виведенні у складі надлишкового активного мулу. Зі збільшенням маси надлишкового мулу зростає маса фосфору, що видаляється, але це входить у суперечність з накопиченням в активному мулі нітрифікуючих бактерій в результаті їх виведення разом з приростом мулу. Тому збільшення виведення фосфору необхідно збільшити його вміст у клітинному речовині бактерій активного мулу. Якщо кількість фосфору в мулі вдасться збільшити, його концентрація в очищеної воді знизиться.

Деякі мікроорганізми природних мікробіоценозів здатні накопичувати фосфор. Надмірна кількість фосфору в клітині (тобто більше, ніж його необхідно для розмноження бактерій) спостерігається при чергуванні аеробних та анаеробних умов при переміщенні активного мулу по аеротенку.

В аноксидних умовах, коли в муловій суміші немає розчиненого та хімічно зв’язаного кисню (у формі нітритів та нітратів), мікроорганізми активного мулу пристосовуються до таких умов та включають до системи дихання процеси трансформації форфору. Бактерії виводять фосфор у вигляді ортофосфатів та продукують нижчі кислоти жирного ряду. Цей процес характерний для кислого бродіння органічних забруднень стічних вод в анаеробних умовах.

В аеробних умовах мікроорганізми активно поглинають та накопичують фосфати у вигляді поліфосфатів.

Таким чином, чергування анаеробних та аеробних умов викликає міграцію фосфору з клітин у воду та назад.

Якщо виводити активний мул із системи в момент найбільшого поглинання фосфору (наприкінці аеробної зони), то можна видалити його із системи, не порушуючи баланс приросту та виведення біомаси нітрифікуючих бактерій.

Тривалість перебування активного мулу в анаеробних умовах коливається від 0,5 до 2-3 годин. Бажано подавати в анаеробну зону активний мул, що не містить нітрити та нітрати (щоб запобігти денітрифікації).

Видалення азоту та фосфору взаємопов’язані. Глибоке видалення азоту, можливе при зниженні навантаження на активний мул, знижує приріст мулу та сприяє витіснення фосфору із клітин. З іншого боку, підвищення навантаження на мул інтенсифікує видалення фосфору.

Тому, вибираючи режим роботи аеротенків, слід визначати найбільш пріоритетний вид забруднення, що видаляється (азот або фосфор) в очищеній воді з урахуванням досягається рівня очищення.

Схеми очищення стічних вод з нітрифікацією та денітрифікацією без дефосфатування

Послідовна вуглець-азотна схема очищення — витратна технологія, оскільки доводиться безповоротно витрачати кисень на окислення обох компонентів. Раціонально проводити окислення вуглецевмісних домішок у режимі денітрифікації, а раніше витрачений кисень нітратів буде використаний на окислення органічних сполук. Стадія окиснення вуглецю може протікати:

— у режимі денітрифікатора в класичному вигляді (тобто без наявності кисню);

— у режимі змішаного типу, коли в рідині будуть присутні розчинений кисень у слідових кількостях та нітрати. В цьому випадку аноксидні умови будуть створюватися не в обсязі води, а всередині пластівців активного мулу, коли нестача кисню змусить клітини бактерій всередині пластівців використовувати хемоавтотрофний механізм дихання.

Схеми роботи аеротенків у такому режимі представлені на рис. 1-3.

clip_image004

У першій схемі (рис. 1) встановлюється аерація з нестачею кисню на перших по ходу ділянках аеротенку. На початковому ділянці аерація мінімальна (за умовами перемішування мулу). Повернення активного мулу, що містить нітрати, компенсує нестачу кисню всередині пластівців мулу. При денітрифікації знову використовується частина витраченого кисню і витрачається енергія на відновлення азоту. Рециркуляція поворотного мулу має бути ув’язана в режимі аерації. Тому в середній частині аеротенку при інтенсивній аерації доокислюються органічні забруднення, а на виході з аеротенка відбувається інтенсивна нітрифікація.

clip_image006

У другій схемі (рис. 2) аерація в денітрифікаторі відсутня. Ілова суміш перемішується мішалками, подача нітратів регулюється за допомогою рециркуляції мулу. Недоліком схеми є деякий перевитрата енергії за рахунок циркуляції мулу, оскільки напір насосів станції рециркуляції мулу досить високий.

clip_image008

У третій схемі (рис. 3) зниження енерговитрат досягається шляхом установки низьконапірного насоса і включення лінії рециркуляції нітратовмісної мулової суміші з кінця аеротенка в денітрифікатор.

Технологія очищення з денітрифікацією та дефосфатуванням (ДЕНІФО) включає 3 основних елементи в біоблоці:

  • зону анаеробної обробки суміші мулу та стічних вод;
  • аноксидну зону для денітрифікації;
  • аеробну зону щодо нітрифікації.

Кожна частина блоку біологічної очистки може складатися з декількох відсіків з різним оснащенням. З огляду на досить жорстких вимог щодо вмісту фосфору в очищеної воді пріоритетним стає видалення фосфору.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *