Delist.ru

Интенсификация процессов удаления аммонийного азота из сточных вод с применением плавающего загрузочного материала (21.12.2010)

Автор: Макиша Николай Алексеевич

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 типа плавающего загрузочного материала в заданных концентрациях по объему. Для обеспечения достоверности исследований в эксплуатации также находилась контрольная установка, в которой загрузочный материал установлен не был. Время аэрации в установках составляло 8 часов.

Исследования на всех этапах 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 общепринятым методикам.

На протяжении данного этапа в установках, оснащенных плавающим загрузочным материалом, эффект удаления аммонийного азота был стабильно выше, чем в контрольной установке, что подтверждает положительное влияние плавающего загрузочного материала на эффективность происходящих в системе процессы очистки. Выбор оптимальной концентрации плавающего загрузочного материала по объему для каждого из образцов проводился на основании лабораторных исследований и математической обработки данных, которая включала в себя получение значений нагрузки на ил в системе, а также скоростей окисления по БПК5 и NH4. Математическое описание 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 оптимальной была признана концентрация 10% от объема аэрационного сооружения, а для плавающих загрузочных материалов Поливом и Биошары - концентрация 20% от объема аэрационного сооружения. В таблице 2 представлены средние значения показателей очистки для установок с оптимальным количеством плавающего загрузочного материала и контрольной установки.

Результаты исследований на этапе 1

Вид плав-го загрузочного материала Средние значения показателей, мг/л

БПК5 NH4 PO4

Вх. Вых Э,% Вх. Вых Э,% Вх. Вых Э,%

Полистирол 155 8 95 22,1 3,1 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 11

Таким образом, были получены опытные доказательства интенсификации процессов глубокой биологической очистки сточных вод от органических загрязнений и аммонийного азота при использовании плавающего загрузочного материала различных типов.

В третьей главе описаны исследования на этапах 2 и 3, на которых рассматривались двухступенчатые технологические схемы очистки с целью достижения нормативных показателей очистки, приведены результаты работы экспериментальных установок и математическое описание протекающих процессов 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 исследовалась работа пилотной установки (рисунок 5), на которой в качестве первой ступени биологической очистки использовался аэрационный реактор, в качестве второй ступени – биофильтрационный реактор.

Рис. 5. Схема лабораторной установки на этапе 2 эксперимента

1 – подача сточной жидкости; 2 – аэрационный реактор; 3 – аэратор; 4 – плавающий загрузочный материал; 5 – подача воздуха; 6 – отвод очищенной в аэрационном реакторе сточной воды в биофильтрационный реактор; 7 – компрессор; 8 – корпус биофильтрационного реактора; 9 – загрузочный материал биофильтрационного реактора; 10 – отвод биологически очищенной воды во вторичный отстойник; 11 – вторичный отстойник; 12 – рециркуляция активного ила и нитратной воды; 13 – отвод очищенной сточной воды

В первую очередь на данном этапе исследований необходимо было определить наиболее эффективно работающий плавающий загрузочный материал в аэрационном реакторе данной технологической схемы. В результате экспериментально было выявлено, что наилучших показателей очистки как по органическим загрязнениям, так и по аммонийному азоту удалось достичь при использовании плавающего загрузочного материала Поливом. Биофильтрационный реактор был оснащен засыпной цилиндрической полимерной загрузкой с напылением. Удельная поверхность данного загрузочного материала составила 300 м2/м3, удельная масса – 100 кг/м3.

"узочном материале биомассе составляла в среднем 0,9 г/л. Наибольшего эффекта очистки и одновременно установленных нормативами показателей очистки по БПК5, аммонийному азоту и нитратам удалось добиться при времени пребывания сточной жидкости в аэрационном сооружении 8 часов. Эффект удаления фосфатов не превышал 40 %, что соответствовало традиционной биологической очистке.

В результате математической обработки полученных результатов были получены значения скоростей протекающих в системе процессов окисления и денитрификации. Построены зависимости обратных величин скорости окисления органических загрязнений от обратных величин концентрации БПК5 (рисунок 6) и обратных величин скорости окисления аммонийного азота от обратных величин концентрации аммонийного азота (рисунок 7).

Рис. 6. Зависимость обратных величин скорости окисления органических загрязнений (1/V) от обратных величин концентрации БПК5 (1/БПК)

Рис. 7. Зависимость обратных величин скорости окисления аммонийного азота (1/V) от обратных величин концентрации аммонийного азота (1/NH4)

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

Графические интерпретации данных зависимостей представлены на рисунке 8

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

На этапе 3 были продолжены исследования по совершенствованию процессов удаления органических загрязнений и аммонийного азота. В пилотной установке была рассмотрена работа двухступенчатой технологической схемы (рисунок 9). В качестве первой ступени биологической очистки использовался биофильтрационный реактор, а в качестве второй ступени – аэрационный реактор.

Рис. 9. Схема лабораторной установки на этапе 3 эксперимента

1 – подача сточной жидкости; 2 – корпус биофильтрационного реактора; 3 – загрузочный материал биофильтрационного реактора; 4 – отвод очищенной в биофильтрационном реакторе сточной жидкости; 5 – вторичный отстойник первой ступени; 6 – корпус аэрационного реактора; 7 – плавающий загрузочный материал; 8 – аэратор; 9 – подача воздуха; 10 – компрессор; 11 – отвод иловой смеси во вторичный отстойник; 12 – вторичный отстойник второй ступени; 13 – отвод очищенной сточной воды; 14 – рециркуляционный

В рамках данного этапа изучалась работа пилотной установки в различных режимах. Время пребывания сточной жидкости варьировалось от 5 до 8 часов. Для достижения стабильной работы 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, эффективность использования которой была экспериментально доказана в ходе этапа 2.

В результате наибольшего эффекта удаления загрязнений на уровне 98-99% как по БПК5, так и по аммонийному азоту, а также нормативных показателей очистки по БПК5, аммонийному азоту, нитритам и нитратам удалось добиться при использовании в аэрационном реакторе плавающего загрузочного материала Биошары. Время аэрации составляло 8 часов, доза взвешенного активного ила - 0,7-0,8 г/л, прикрепленного - 0,3 г/л. Доза растворенного кислорода в аэрационном сооружения была на уровне 6-7 мг/л. Эффект удаления фосфатов вновь не превышал 40 % и соответствовал традиционной биологической очистке.

После проведения лабораторных исследований были определены скорости окисления органических загрязнений и загрязнений по аммонийному азоту, а также скорости денитрификации. На данном этапе исследований также были получены значения скоростей протекающих в системе процессов денитрификации. Построены зависимости обратных величин скорости окисления органических загрязнений от обратных величин концентрации БПК5 (рисунок 10) и обратных величин скорости окисления аммонийного азота от обратных величин концентрации аммонийного азота (рисунок 11).

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

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

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

Графические интерпретации данных зависимостей представлены на рисунке

Рис. 12 Зависимости скорости окисления загрязнений от концентрации субстрата: а) органических загрязнений; б) аммонийного азота

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

Показатели эффекта удаления загрязнений и скорости процессов очистки

Этап 2, Поливом,

20% от объема 99 99 31,4 5,5 9,9

загрузка...