Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Очистка сточных вод

Методы глубокой очистки сточных вод от биогенных элементов


Методы глубокой очистки сточных вод от биогенных элементов

Рассмотрим более подробно методы, удаления биогенных элементов в очищенной сточной воде.

Биологический метод удаления азота. Биологический метод очистки сточных вод от соединений азота основан на процессах нитрификации и денитрификации. Процесс нитрификации представляет собой совокупность реакций биологического окисления аммонийного азота до нитритов и далее до нитратов. В ходе денитрификация происходит .окисление органических веществ при восстановлении азота нитратов до свободного азота.

Для денитрифицирующих бактерий характерной особенностью является возможность использовать источники энергии или в присутствии кислорода или без него с восстановлением нитратов и образованием азота (М2). Биологический метод удаления аммонийного азота из сточных вод является наиболее приемлемым в современных условиях.

Биологические процессы глубокой очистки сточных вод от соединений азота можно осуществить двумя способами: – с использованием биомассы (активного ила), находящейся во взвешенном состоянии; – с использованием прикреплённой активной биомассы.

В обоих способах могут быть использованы комбинированные и раздельные системы очистки. В комбинированных системах в одном сооружении предусматривается проведение нитрификации и денитрификации, а в раздельных – только нитрификации или денитрификации. В раздельных системах с использованием взвешенной культуры процессы очистки сточных вод от органических веществ, нитрификация и денитрификация осуществляются специфическими илами; после каждой ступени имеется свой вторичный отстойник. Последовательность отдельных стадий процесса очистки может быть самая разнообразная. Наиболее часто встречающиеся показаны на рис. 14.10.

Рис. 14.10. Схема удаление азота с различным расположением денитрификационных зон:
1-е денитрификатором в начале процесса II – с денитрификатором в конце процесса.; А – аэротенк; Н -зона нитрификации; Д – зона денитрификации; О -отстойник; В – возвратный активный ил

Процесс очистки по данным схемам характеризуется высокими скоростями, легкостью управления и устойчивостью на каждой стадии. Недостатком раздельных систем является наличие дополнительных вторичных отстойников, требующих насосных станций для перекачивания циркулирующего ила из-за перепадов высот. Отдельные стадии процессов могут осуществляться в реакторах-смесителях, вытеснителях или в реакторах промежуточного типа, с отдельно стоящими регенераторами или без них, с подачей отдельных потоков азотосодержащих вод в регенераторы или без подачи. Узел илоотделения может быть выполнен в виде обычного вторичного отстойника или тонкослойного двухступенчатого отстойника с взвешенным слоем осадка, флотационного илоотделителя или микрофильтра.

В комбинированных системах с использованием взвешенной культуры процессы очистки сточных вод от органических соединений, нитрификация и денитрификация осуществляются в одном сооружении смешанной популяцией микроорганизмов. Активный ил отделяется от очищенной жидкости в отдельно стоящем или совмещенном с биохимическим реактором илоотделителе. В некоторых случаях, особенно при очистке концентрированных азотсодержащих сточных вод, комбинированную систему разделяют на две ступени очистки.

Для очистки слабоконцентрированных сточных вод получили распространение следующие три схемы (рис. 14.11).

Рис. 14.11. Схема удаление азота из слабоконцентрированных сточных вод:
1 – двухиловая система; II – одноиловая система; III – одноиловая система с рециркуляцией: А – аэротенк; Н -зона нитрификации; Д – зона денитрификации; О – отстойник; В – возвратный активный ил

По первой схеме сточная жидкость после первичных отстойников направляется в аэротенки с продленной аэрацией, где происходит глубокая нитрификация, затем иловая смесь разделяется во вторичном отстойнике. Осевший ил направляется в начало аэротенка, а осветленная жидкость, содержащая нитраты, – в денитрификатор, в котором без доступа кислорода при медленном перемешивании иловой смеси азот нитратов восстанавливается до газообразного азота. После денитрификации иловая смесь аэрируется. Аэрация обеспечивает отдувку азота из иловой смеси, насыщение воды кислородом и предотвращение дальнейшего образования азота, стабилизацию ила, удаление избыточного углерода. Длительность последующей аэрации составляет 0,5-2 ч. Затем иловая смесь поступает в третичный отстойник. Осевший ил возвращается в начало денитрификатора, а осветленная жидкость сбрасывается в водоем.

Вторая схема отличается от первой отсутствием вторичного отстойника. В третьей схеме денитрификация протекает в начале процесса очистки. Для снижения остаточного содержания нитратного азота предусматривается значительная (до 300-500%) рециркуляция иловой смеси из конца реактора в начало денитрификатора. Следует отметить, что для проведения процесса денитрификации сточных вод на определенном этапе очистки необходимо дополнительное введение углеродного субстрата. В качестве данного субстрата может применяться метанол, сточная жидкость, диоксид углерода и другие вещества.

Одним из возможных методов очистки сточных вод от азота является очистка в биологических прудах с массовым развитием водорослей. В результате жизнедеятельности зеленых водорослей в прудах осуществляется непосредственное потребление соединений азота из сточных вод, а также значительное снижение концентраций других остаточных загрязнений. В этом случае технологическая схема доочистки сточных вод предусматривает трехсекционный аэрируемый биопруд, где в первых двух секциях происходит доочистка сточных вод за счет развивающихся водорослей, а в третьей возможно наращивание зоопланктонных организмов, утилизирующих водоросли.

Введение в биологических прудах искусственной аэрации позволяет не только существенным образом повысить производительность этих сооружений, но и обеспечить в течение всего года стабильность качества очищенных вод и практически исключить влияние климатических условий на процессы очистки.

Для очистки сточных вод от азотистых соединений с применением прикрепленной культуры ила используют фильтры с движением воды относительно неподвижного материала загрузки, а также с движением загрузки относительно воды. Движение воды может быть сверху вниз и снизу вверх.

Физико-химические методы удаления азота. Хлорирование активным хлором. При добавлении хлора к воде образуются хлорноватистая и соляная кислоты. Аммиак реагирует с хлорноватистой кислотой, образуя хлорамины. Прибавление активного хлора превращает хлорамины в закись азота – нерастворимый газ.

Одним из методов физико-химического удаления азота из сточных вод является хлорирование. Весовые отношения хлора к азоту аммиака, требуемые для хлорирования сточных вод до точки перегиба, колеблются от 8:1 до 10:1; меньшее значение применимо для сточных вод, прошедших обширную предварительную обработку. Хлорирование до точки перегиба при рН в диапазоне 6,5-7,5 может дать 95%-ное удаление аммиака, а при первоначальных концентрациях азота аммиака 8-15 мг/л содержание остаточных треххлористых азотистых соединений никогда не превышает 0,5 мг/л. Недостаток чрезмерного хлорирования состоит в том, что почти весь вводимый хлор восстанавливается в ионы хлорида, что приводит к повышению концентрации растворенных солей в очищенной сточной воде.

Метод обратного осмоса. Применение полупроницаемых мембран, в частности целлюлозоацетатных, позволяет достигать эффекта очистки от азотсодержащих соединений до 98,5%. Но процесс, основанный на свободном пропуске молекул растворителя при фильтровании сквозь мембрану и задержке молекул или ионов растворенных веществ, требует тщательной предварительной очистки и умягчения воды.

Метод окисления озоном. Применение озонирования целесообразно лишь в случаях перехода аммонийного азота в нитратную форму. Аммиак полностью окисляется в нитрат, в результате устраняется расход кислорода на окисление азота в отходах. В сточных водах протекает реакция первого порядка относительно концентрации аммиака и скорость протекания реакции повышается с увеличением величины рН выше диапазона 7-9 и с ростом парциального давления озона. Причем эффективного удаления аммиака можно достичь только при поддержании щелочной среды.

Метод отдувки аммиака. Способ удаления аммиака основан на отдувке из раствора воздухом при рН =11. Сточная вода после обработки известью (для осаждения фосфора) насосами перекачивается в верхнюю часть охладительной башни и распределяется по загрузке колонны (рис. 14.12). Нагнетаемый воздух пропускают через загрузку для извлечения аммиака из капель воды. Простота этого процесса делает его наиболее дешевым методом денитрификации в тех случаях, когда предварительно удаляется фосфор путём обработки сточной воды известью. Таким образом, с помощью воздушной отдувки можно добиться 95%-ного удаления аммиачного азота, расходуя 3000 л воздуха на 1 л сточной воды.

Рис. 14.12. Технологическая схема удаления аммиака методом отдувки:
1 – сточная вода; 2 – известь; 3 – тенк для смешения и флокуляции; 4 – первичный отстойник; 5 – осадок из первичных отстойников; 6 – рекарбонизаторы; 7 – осадок; 8 – башни для воздушной отдувки; 9 – аммиак; 10 – усреднитель; 11 – фильтры; 12 – промывная вода; 13 – окислительный тенк; 14 – газообразный азот; 15 – хлор; 16 – угольные адсорберы; 17 – регенерация угля; 18 – очищенная сточная вода

Практика работы с охладительными башнями вскрыла следующие проблемы: – на загрузке башен образуются отложения карбоната кальция, которые необходимо часто удалять промывкой кислотами или с помощью механической очистки; – зимой в башне образуется лед; – аммиак характеризуется повышенной растворимостью при низких температурах, что снижает эффективность его удаления и может привести к необходимости подогрева башен в зимнее время; – нитратный азот, образующийся в процессе биологической очистки, не поддается воздушной отдувке.

Ионный метод. В отличие от процесса отгонки аммиака, эффективность процесса ионообмена не зависит от температуры сточных вод, поступающих на очистку. К тому же эффективность удаления аммиака при ионообмене значительно выше, и этот процесс заслуживает внимания в тех случаях, когда требуется обеспечить очень низкую концентрацию азота в воде после очистки.

Ионы аммония и нитратов присутствуют в сточных водах в низких концентрациях и их трудно экстрагировать посредством ионного обмена. Для того, чтобы процесс денитрификации, проводимый путем ионного обмена, был экономичным, необходимы материалы, обладающие высокой избирательной способностью по отношению к неорганическому азоту. Чрезвычайно высокой избирательной способностью по отношению к иону аммония обладает клиноптилолит – естественный неорганический цеолито-вый материал. Предварительная обработка, предшествующая катионному обмену, включает осветление методом химической коагуляции и фильтрование, доведение значения рН до 6,5, чтобы превратить аммиак в ион аммония, так как свободный аммиак не адсорбируется и не вступает в ионообменные реакции с клиноптилолитом. Одним из основных условий применения ионообменной очистки сточных вод на неподвижном слое сорбента – содержание взвешенных веществ – 10 мг/л и сульфид-ионов – 8-10 мг/л. Отработанный обменный материал регенерируется с помощью известкового раствора, который затем подвергается отдувке воздухом с выделением аммиака в атмосферу. Исследования показали, что цеолиты целесообразно использовать для доочистки сточных вод при концентрации аммиака в них не выше 100-150 мг/л.

Электрохимический метод. Метод основан на электролизе морской воды, в результате которого выделяющаяся гидроокись магния вступает в реакцию с содержащимися в сточных водах ионами фосфора и аммиаком с образованием нерастворимой комплексной соли. Одновременно из-за выделения на аноде С12 происходит обеззараживание сточных вод и частичное окисление органических загрязнений. В качестве электродов для данного метода используются пластинчатый графит (анод) и нержавеющая сталь (катод). Установлено, что наиболее эффективная и стабильная очистка с удалением 80-85% аммонийного азота и до 90% ортофосфатов достигается при добавлении в обрабатываемую сточную воду 20% морской воды.

В большинстве случаев параллельно с очисткой сточных вод от соединений аммонийного азота происходит снижение концентрации соединений фосфора.

Методы удаления фосфора. Фосфаты удаляются химическими, физико-химическими и биологическим (за счёт модификации биологического процесса включения фосфора в клеточное вещество), методами либо биохимическим путём.

Физико-химические методы

Адсорбционный метод. Фосфор поглощается поверхностью сорбента. Сорбент может быть приготовлен из гранулированной окиси алюминия, активированной окисью алюминия и сульфата алюминия, гидратированным диоксидом титана, активированными оксидами 3-ей и 4-ой групп металлов периодической системы элементов, нанесёнными на волокнистый материал. Обнаружена высокая адсорбционная способность доломита по отношению к примесям соединений фосфора.

В магнитном поле. При этом способе фосфаты связывают реагентом в нерастворимые соединения, после чего вводят магнитный материал и воздействуют магнитным полем, в результате чего выделяется фосфатсодержащий осадок.

Электро-коагуляционно-флотационной метод. При осуществлении этого метода используются алюминиевые и железные электроды.

Метод кристаллизации. Этот метод основан на выращивании кристаллов фосфатов в сточных водах на центрах кристаллизации с последующим их удалением из системы. Кристаллизация осуществляется на фильтрах или во взвешенном слое. В качестве затравочного материала предлагается использовать минералы, содержащие фосфат кальция, костяной уголь, шлак доменных печей и др.

Химические методы. При использовании химических методов обработки сточных вод ионы реагента взаимодействуют с растворимыми солями ортофосфорной кислоты, вследствие чего происходит образование мелкодисперсного коллоидного осадка фосфата. В то же время химический реагент реагирует с щелочами, содержащимися в воде, образуя осадок из крупных хлопьев. Этот осадок вызывает коагуляцию мелкодисперсного коллоидного осадка фосфата и взвешенных веществ, а также адсорбирует некоторую часть органических соединений, содержащих фосфор, далее этот осадок выводится из системы. В качестве реагентов используют соли дву



Похожие статьи:
Депонирование осадков сточных вод

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Очистка сточных вод

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум