2.1.3. Комбинированные методы удаления фосфора из сточной жидкости

В 1973 г. в США в г. Роузмаунт (штат Миннесота) была пущена в эксплуатацию первая в мире станция физико-химической очистки городских сточных вод (рис. 2.5). Пропускная способность станции - 4500 м /сутки [92].

На станции предусмотрены очистка сточных вод от плавающих загрязнений и песка, усреднение сточных вод, обработка их известью, хлорным железом и анионным флокулянтом при рН = 11,5, отделение от воды основной массы скоагулированных загрязнений в осветлителях при корректировке рН до 9 - 8,5 путем добавления серной кислоты, отделение неосевших в осветлителях загрязнений при фильтровании через антрацитопесчаные фильтры, изъятие растворенных органических загрязнений при фильтровании воды через слойактивированного угля, отделение остаточных взвешенных веществ путем фильтро­вания через антрацитопесчаные фильтры, удаление соединений азота в процессе фильтрования сточной воды через ионообменный материал - криноптилолит, обеззараживание воды хлором [76, 98].

БеСЬ ПАА Са(ОН)2

 

Н28О4

рН=8,5

11

* 9

СІ2

3

—►

4

—►

5

 

1—

6

—►

5

 

7

10

рН=11,5

 

 

 

 

 

п

 

—►

 

 

 

Рис. 2.5 - Технологическая схема физико-химической очистки сточных вод

г. Роузмаунт (США) 1 - решетка; 2 - песколовка; 3 - комбинированный отстойник-осветлитель; 4 - регулировка рН; 5 - двухслойный фильтр; 6 - фильтр с активным углем; 7 - фильтр, загруженный криноптилолитом; 8 - блок регенерации криноптилолита; 9 - 1-%ная аммиачная вода; 10 - контактный резервуар; 11

- блок регенерации активного угля; 12 - уплотнитель осадка; 13 - цех обезвоживания осадка

Аммонийный азот по данной схеме удаляется ионообменным способом путем фильтрования сточной воды через криноптилолит. Полученная после регенерации аммиачная вода (1%-ный раствор) может использоваться в качестве удобрения.

Ионообменная ступень очистки впервые апробирована в 1975 г. При этом было установлено, что она обеспечивает снижение аммонийного азота всего на 60%.

Эффективность работы данной схемы по общему фосфору составила 85 - 93 %, по аммонийному азоту - 94 - 97 % (согласно строительному контракту).

Комбинированный способ очистки бытовых сточных вод, разработанный в НИИ КВОВ АКХ применительно к сооружениям небольшой пропускной способности, включает две стадии обработки стоков [113]:

1 - коагуляция взвешенных и коллоидных загрязнений путем введения в сточную

воду реагентов (минеральных коагулянтов и ПАА), хлопьеобразование, осветление;

2 - изъятие растворенных органических загрязнений в результате биохимического

окисления их при фильтровании осветленной сточной воды через пористую загрузку.

В качестве пористой загрузки могут быть использованы керамзит, шлаки и другие пористые материалы.

Поступающая на фильтр вода насыщается кислородом, необходимым для нормальной жизнедеятельности аэробных бактерий, при ее разбрызгивании над поверхностью фильтра, при аэрации надзагрузочного пространства посредством подачи сжатого воздуха через перфорированные трубы либо при подаче воздуха в загрузку (фильтры «Оксипор»).

Обратная промывка фильтра осуществляется 1 раз в сутки. Промывные воды направляются в голову сооружений. Благодаря возврату промывных вод в начало технологической цепи происходит предварительное обогащение очищаемой воды бактериями. Эффективность очистки сточных вод по биогенным элементам составила: по общему азоту - 22,5%, по фосфатам - 98%.

Комбинированный метод (рис. 2.6) [6, 9, 57] основан на способности микроорганизмов активного ила в анаэробных условиях выделять в окружающую среду фосфор. По этой схеме сточная жидкость проходит полную биологическую очистку, а большая часть иловой смеси, обогащенная фосфат-ионами, направляется в сооружение (чаще всего илоуплотнитель), где находится в анаэробных условиях в течение 10 - 30 часов. Для интенсификации процессов илоразделения в илоуплотнителе предусматриваются перемешивающие устройства. При сгущении циркулирующего активного ила в анаэробных условиях иловая вода обогащается фосфат-ионами, а активный ил теряет фосфор.

Уплотненный активный ил возвращается в аэротенк, где он в присутствии питательного субстрата, поступающего со сточной жидкостью, и растворенного кислорода начинает «жадно» поглощать фосфор. Иловая вода из илоуплотнителя, обогащенная фосфатами, направляется в отстойники физико-химической очистки и обрабатывается известью с целью осаждения кристаллов солей ортофосфорной кислоты. Взаимодействуя с Са(ОН)2, ортофосфат образует труднорастворимые соединения, причем, помимо Са5ОН(РО4)3, образуется также двуосновная соль ортофосфат магния-аммония (MgNH4(PO4)•6H2O). При этом, если учесть более высокую активность магния, то образование (MgNH4(PO4)•6H2O) будет происходить в первую очередь [53, 87].

Расход извести зависит от значений рН иловой воды, поступающей из илоуплотнителей на физико-химическую обработку, и требуемого эффекта удаления фосфора из сточной жидкости. Для повышения эффективности задержания зародышей кристаллов гидроксилапатита и ортофосфатов магния-аммония в смеситель вводится флокулянт.

Так как иловая вода после отстойников физико-химической очистки имеет высокое значение рН, то перед сбросом на повторную очистку ее следуетпропускать через карбонизатор, продуваемый углекислым газом (обычно -очищенными топочными газами). Использование углекислого газа является дешевым, доступным и легко реализуемым методом. В карбонизаторе рН снижается до значений, которые обеспечивают поддержание величины рН после смешения иловой воды с исходной сточной жидкостью в пределах 6,5­8,5. Такая технология позволяет удалить фосфор примерно на 90 % [55-57]. Достоинства комбинированного метода:

- высокий эффект очистки,

- возможность применения на действующих (с дополнительным строительством отдельных узлов) и вновь строящихся станциях любой производительности,

- количество   реагентов   по   сравнению   с   физико-химическим методом значительно меньше, так как расход иловой воды сокращается в 3-4 раза,

- в результате очистки сточной воды образуется кальций-фосфоросодержащий осадок, который может быть использован в качестве удобрения.

Для очистки сточных вод, которые сильно загрязнены растворенной органикой, в том числе и биогенными элементами, разработана интегрированная схема обработки сточных вод, включающая как физико-химические, так и биологические методы (рис. 2.7) [10, 70].

 

Повторное использование

Сброс в окружающую среду

Первая стадия включает в себя анаэробный реактор с восходящим потоком сточных вод через слой гранулированной (флоккулированной) биомассы. На этойстадии удаляется значительная часть ХПК (до 60-70 %) при времени пребывания жидкости в реакторе около 1 суток и происходит минерализация общего азота и общего фосфора в их растворимые формы - М1+4 и Р03-4.

На второй стадии прошедший анаэробную биологическую очистку сток подвергается отдувке для удаления из него растворенного углекислого газа и повышения таким образом значений рН до 8,5 - 9,0, что создает благоприятную среду для выпадения в этих условиях кристаллов струвита (М^>Щ4Р04) и гидроксиопатита (Са50Н(Р04)3). При этом в реактор, где происходит осажде­ние, добавляется песок, служащий в качестве центров кристаллизации для образования этих минералов. Применение такого блока для удаления фосфатов при времени пребывания в нем 2-4 часа позволяет удалить до 90 % раствори­мого фосфора и до 30 % аммонийного азота. Кроме того, удаление фосфатных минералов, которые представляют собой ценные удобрения или сырье, перед аэробной стадией снижает возможность зарастания трубопроводов, аэрацион-ного и насосного оборудования.

Завершающей стадией очистки стоков является применение для обработанных ранее сточных вод биологического аэробно-аноксического реактора, осуществляющего нитри-денитрификацию. Эти процессы происходят в одном и том же реакторе, в котором на аэробной стадии осуществляется процесс нитрификации аммонийного азота, затем подача воздуха в реактор отключается и в аноксическом режиме образовавшийся нитрат преобразовывается в молекулярный азот с одновременным удалением остаточного БПК. Таким образом, в аэробно-аноксическом реакторе при времени пребывания анаэробно обработанной сточной воды 1 сутки эффективность удаления ХПК, азота и фосфора составляет 60-70 %, 40-50 % и 50-65 % соответственно.

Преимущества предлагаемой технологии по сравнению с традиционной схемой нитри-денитрификации заключаются в следующем:

- Значительное снижение объемов используемых очистных сооружений в 3­5 раз, а также экономия электроэнергии за счет сокращения аэрируемых объемов.

- После прохождения анаэробной очистки создаются оптимальные условия (снижение концентрации органики и взвешенных веществ, а такжеповышение   щелочности)   для   применения   безреагентного процесса физико-химического удаления фосфора в виде минералов. -    Количество образующегося активного ила снижается в 5 раз, что влечет за собой снижение затрат на его утилизацию [120]. В НИИ КВОВ АКХ предложена технологическая схема глубокой очистки городских   сточных   вод,   параметры   которой   отработаны   на опытно-промышленной установке пропускной способностью 2 м /сутки [113, 114].

В состав установки (рис. 2.8) входят: смеситель минерального коагулянта с водой ершового типа, механическая камера хлопьеобразования, вертикальный отстойник, фильтр «Оксипор», аэрируемый биологический пруд.

Соединения фосфора удаляются физико-химической очисткой с помощью коагулянта, а соединения азота, представленные в основном аммонийной формой, удаляются в трехсекционном биологическом пруду, в котором первая и третья секции аэрируются, а вторая - нет. Глубина биопруда - 2 м.

Общая продолжительность пребывания воды в биологическом пруду 3 суток. Чередование зон с повышенным (4-5 мг/л) и пониженным (0,5 - 1,5 мг/л) содержанием растворенного кислорода способствует окислению остаточных органических загрязнений в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, а также протеканию процессов нитрификации-денитрификации.

Во всех трех секциях пруда происходят процессы нитрификации-денитрификации, в третьей секции происходит также отдувка газообразного азота и насыщение очищенной воды растворенным кислородом перед сбросом в водоем. Общая эффективность очистки по аммонийному азоту - 80,9 %, по фосфатам - 99,6 %.

На основании проведенных исследований можно сделать следующий вывод: выше описанные методы применяются на практике, но связанные с ними проблемы требуют своего разрешения. Они требуют определенных финансовых вложений -как на реконструкцию уже существующих сооружений, так и на строительство новых реакторов. Но внедрение новых технологий, повышающих надежность очистки сточных вод от биогенных элементов, необходимо для достижения современных нормативов качества очищенных сточных вод, которые сбрасываются в водоемы или повторно используются [117, 121.].