Основная часть органических веществ удаляется из сточных вод в ходе их первичной и вторичной очистки. Процесс, следующий за вторичной очисткой, предназначен для удаления из сточных вод элементов питания растений. Эти элементы ответственны за эвтрофизацию озер и рек. Процесс, следующий за вторичной очисткой, обычно называют третичной очисткой сточных вод. В отличие от первичной и вторичной очистки третичная очистка пока мало распространена.
Проблема эвтрофизации озер и рек достаточно серьезна, но она была осознана лишь в последние десятилетия. В силу этого методы борьбы с эвтрофизацией не получили пока широкого распространения. В настоящее время, возможно, действует лишь несколько десятков установок подобного назначения. Тем не менее можно надеяться, что третичная очистка сточных вод будет все чаще вводиться в практику очистных станций во многих регионах.
Основная задача третичной очистки - удалить из сточных вод соединения, содержащие азот и фосфор. Именно эти элементы в основном обусловливают эвтрофизацию природных водоемов, приводящую к бурному росту водорослей. (Биологические основы эвтрофизации описаны нами в предыдущих обзорах). Фосфат-ионы, содержащиеся как в конечных продуктах обмена человека и животных, так и в моющих средствах, удаляются из сточных вод посредством одного комплекса процессов; соединения азота, такие, как аммиак, нитрат- и нитрит-ионы, удаляются при помощи другого комплекса процессов. Третичная очистка сточных вод может также включать адсорбцию с помощью угля тех остатков органических загрязнений, которые не были удалены при вторичной очистке. Все эти процессы достаточно дороги.
Удаление из сточных вод фосфатов осуществляется путем их химического осаждения с последующим отстоем. В поток сточных вод добавляются такие соединения, как соли двухвалентного и трехвалентного железа, соли алюминия и известь. Когда одно из этих соединений хорошо перемешивается со сточными водами, уже прошедшими вторичную очистку, происходит выпадение твердого осадка. Например, ионы кальция из извести (оксида кальция) соединяются с фосфат-ионами в сточных водах и образуют нерастворимые частицы фосфата кальция.
Эти частицы удаляются из потока путем простого физического процесса - осаждения. Специалисты полагают, что добавление химических реагентов для осаждения фосфатов можно делать и до поступления очищаемой воды в бассейн первичного отстоя. Это позволило бы одновременно выполнить сбор как органических загрязнений, так и выпадающих в осадок фосфатов. После осаждения фосфатов и их отстоя любое оставшееся во взвеси вещество можно удалить путем фильтрования через слой песка, угольной или гранитной крошки и гравия.
Азот содержится в сточных водах в виде аммиака, а также нитрат- и нитрит-ионов. К сожалению, мы не располагаем методами, с помощью которых на очистных станциях можно было бы удалить из сточных вод путем химического осаждения эти азотистые соединения.
Удаление азота, присутствующего в форме аммиака (NНз), весьма важно по целому ряду причин. Во-первых, аммиак губителен для рыбы. Во-вторых, аммиак соединяется с хлором, который добавляется к воде для уничтожения болезнетворных бактерий и вирусов. Реакции между хлором и аммиаком приводят к образованию соединений, называемых хлораминами, что уменьшает эффективность хлора в качестве дезинфицирующего средства. В-третьих, в водоемах аммиак окисляется бактериями, и на эти процессы затрачивается большое количество кислорода, растворенного в воде. Ионы аммония можно перевести в газообразный аммиак и затем выделить из воды посредством физического процесса, называемого отгонкой аммиака. Возможно и биологическое удаление аммиака; для этого сточные воды пропускают через аэрируемый резервуар со специальными штаммами микроорганизмов. Эти микроорганизмы превращают азот в аммиаке и нитратах в нитрат-ионы.
Нитрат-ионы следует удалять, поскольку они усиливают эвтрофизацию, однако существуют и другие веские доводы в пользу удаления из сточных вод нитрат- и нитрит-ионов. Если в питьевой воде содержится большое количество нитратов, то у маленьких детей может возникнуть серьезное заболевание крови - метгемоглобинемия. Нитраты из сточных вод можно удалить путем использования специальных штаммов микроорганизмов, которые разлагают нитраты на газообразный азот и воду. Для такой реакции необходимо присутствие метилового спирта; в ходе ее образуются углекислый газ, вода и газообразный азот.
Конечная процедура третичной очистки сточных вод состоит в пропускании потока обрабатываемой воды через башню, заполненную гранулами активированного угля. Такой уголь поглощает растворенные органические вещества, которые остались после предыдущих этапов очистки. Органические соединения «прилипают» к поверхности угольных гранул. Доочистка углем восстанавливает чистоту воды до такой степени, что всерьез рассматривается вопрос о повторном широком использовании этой воды в промышленности и быту после ее фильтрования и дезинфекции.
Одним из самых первых успешных опытов применения третичной очистки была очистка озера Тахо (шт. Невада, США) в конце шестидесятых годов прошлого века. Кристально прозрачная вода этого красивейшего озера была погублена буйным ростом водорослей, вызванным повышенным содержанием соединений азота и фосфора, которые поступали в озеро из местной канализационной сети. Специалисты пришли к выводу, что обычная первичная и вторичная очистка сточных вод не остановит деградацию озера. Именно поэтому в 1965 г. на озере Тахо начала работать установка третичной очистки воды. Это позволило удалить фосфаты и аммиак и осуществить до очистку воды путем пропускания ее через активированный уголь для удаления оставшихся органических веществ. Очищенная вода - чистая, бесцветная, лишенная запаха - тем не менее не сливалась в озеро, а перекачивалась на расстояние примерно 45 км в водохранилище Индиан-Крик, созданное в спешном порядке специально для приема очищенных сточных вод.
Соединения фосфора попадают в сточные воды при производстве суперфосфата, экстракционной фосфорной кислоты, термической фосфорной кислоты, фосфора и др. Основным источником фосфора в производственных сточных водах являются синтетические ПАВ. В сточных водах фосфор встречается в виде ортофосфатов, полифосфатов, фторсодержащих органических соединений и элементарного фосфора в основном в виде взвешенных частиц. ПДК для соединений фосфора колеблется в очень широких пределах, для фосфорорганических соединений (инсектицидов) она составляет от 0,001 до 0,4 мг/л.
Часто в сточных водах химических производств одновременно присутствуют соединения азота и фосфора. Являясь биогенными элементами, в случае превышения предельно допустимых концентраций, они могут вызвать эвтрофикацию (бурное развитие водорослей) водоемов или биологическое обрастание в системах оборотного водоснабжения.
Стоимость очистки от соединений азота значительно выше, чем от соединений фосфора. Поэтому при сбросе воды в водные объекты целесообразно удалять из нее соединения фосфора, вследствие чего нарушается естественный баланс между углеродом, азотом и фосфором, что предотвращает эвтрофикацию. При концентрации фосфора в воде водоема менее 0,001 мг/л эвтрофикация не наблюдается.
Для извлечения из воды фосфора могут быть использованы механические, физико-химические, электрохимические, химические и биологические методы, а также их комбинации. Методом механической очистки можно удалить фосфор, находящийся в воде в виде суспендированных частиц. Фосфорсодержащие частицы шлама отделяются от сточной воды в отстойниках различных конструкций, а также гидроциклонах. Для очистки сточных вод от фосфора можно использовать методы, основанные на окислении взвешенных и растворенных частиц фосфора кислородом воздуха, хлором или другими окислителями.
Далее вода нейтрализуется известковым молоком с осаждением взвешенных веществ. Однако, эффективность процесса отстаивания невелика: от 60 % до 80 % за 2 ч, 90 % за 4 ч. Для очистки от фторфосфатов наибольшее распространение получил реагентный метод путем выделения их в виде нерастворимых солей кальция, железа, алюминия, представляющих собой мелкодиспергированный коллоидный осадок фосфата.
Для очистки от ортофосфатов предложена схема очистки от фосфорного шлама, включающая отстойник (отстаивание 1 ч) и два последовательно установленных напорных гидроциклона, которая обеспечивает (80-85) %-е осветление. Для интенсификации процесса осаждения частиц фосфора используют коагулянты (Al2(SO4)3, FeCl2) и флокулянты (полиакриламид). Применение коагулянтов позволяет повысить эффект очистки до 98 %, а флокулянтов увеличить производительность примерно в 2 раза.
Образующийся фосфорный шлам, содержащий от 10 % до 30 % фосфора, направляется на сжигание или установку дистилляции (упаривания).
В то же время химический реагент взамодействует со щелочами, содержащимися в воде, образуя осадок из крупных хлопьев. Этот осадок вызывает коагуляцию мелкодисперсного коллоидного фосфата и взвешенных веществ, а также адсорбирует некоторую часть органических соединений, содержащих фосфор. В качестве реагентов используют соли двух- и трехвалентных металлов, чаще всего алюминия и железа, реже – известь.
В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод от ортофосфатов на разных ступенях могут быть приняты различные дозы Al2(SO4)3, солей двух- и трехвалентного железа, необходимая доза которых превышает стехиометрическую в 1,3-1,5 раза. В качестве реагентов можно применять отработанные травильные растворы, при этом необходимо добавлять известь или едкий натр для создания оптимального значения рН среды.
Для разных по составу сточных вод необходимо проводить пробную коагуляцию с целью уточнения дозы реагента, который выполняет две функции - химическое осаждение фосфора и удаление коллоидов всех видов из воды в результате коагуляции. Процесс очистки улучшает добавление флокулянтов, например, ПАА, его доза составляет 0,5-1,0 мг/л.
Из физико-химических методов очистки от растворенных соединений фосфора можно использовать адсорбцию на доломите или волокнистом материале, с нанесенным на него гранулированным оксидом третьей и четвертой групп металлов периодической системы элементов.
Удаление из воды растворенных соединений хрома, свинца, цинка, бария и железа осуществляется физико-механическими методами путем перевода их в малорастворимые соединения (гидроокиси, сульфаты, фосфаты, карбонаты). Осветление стоков после обработки реагентами осуществляется в отстойниках периодического или непрерывного действия. Продукты очистки выводятся в отвал или используются как наполнители при производстве строительных материалов. Очистка сточных вод от водорастворимых солей обычно не производится.[ ...]
Фосфаты и неорганический азот выводятся из раствора при фотосинтезе водорослей. Однако доказано, что выращивание и сбор водорослей для удаления из сточных вод питательных веществ представляют собой сложную в экономическом отношении задачу. Трудности, возникающие в связи с поддержанием требуемых отношения углерода к азоту и фосфору, значения pH и температуры, интенсивность солнечного освещения, невозможность отвода больших земельных участков для обеспечения требуемой длительности пребывания и высокая стоимость механизмов для сбора водорослей - все это служит препятствием к практическому использованию фотосинтеза для удаления питательных веществ.[ ...]
В процессе удаления соединений фосфора концентрация его в сточных водах при сбросе их в водоем устанавливается из условия недопустимости эвтрофикации. При концентрации фосфора в воде водоема менее 0,001 мг/л эвтрофикация не наблюдается. Величина допустимой концентрации фосфора в сточных водах зависит от разбавления сточных вод в водоеме, фоновой концентрации в нем фосфора, наличия прочих источников фосфатов в сточной воде и обычно принимается равной 0,01-0,1 мг/л.[ ...]
При обработке сточных вод солями трехвалентного железа и алюминия удаление соединений фосфора происходит вследствие выпадения в осадок нерастворимых фосфатов (А1Р04-2Н20; РеР04-2Н20) и сорбции сложных фосфатов и органических соединений фосфора на образующихся в результате гидролиза хлопьях солей гидроокисей. В отличие от извести доза солей алюминия или железа, необходимая для удаления соединений фосфора из сточных вод, пропорциональна концентрации загрязнений. Теоретически она составляет 1-2,5 мг А13+ или Те3+ на 1 мг растворенного фосфора. Однако эта доза обычно выше, так как часть коагулянта расходуется на осаждение других загрязнений сточных вод, находящихся в растворенном, коллоидном и суспендированном состоянии. Вполне естественно, что эти дозы уменьшаются по мере снижения загрязнений сточных вод. При введении указанных коагулянтов перед первичными отстойниками обычно потребная доза находится в пределах 100-200 мг/л, при этом остаточное содержание соединений фосфора составляет менее 1 мг/л. Для улучшения процесса хлопьеобразования и повышения прочности хлопьев добавляют полиэлектролиты. Более эффективное осветление сточных вод обеспечивается их фильтрацией через зернистые загрузки или осаждением взвешенных веществ в тонком слое жидкости (в трубчатых или пластинчатых отстойниках).[ ...]
Исследования по удалению фосфатов окисью алюминия (размером частиц 1-3 и 0,07-0,1 мм) показали, что оптимальная продолжительность контакта для получения остаточной концентрации фосфатов 1 мг/л в сточной воде составляет 0,64 ч и более. При увеличении крупности загрузки скорость процесса снижается. В этом случае дополнительное перемешивание окиси алюминия воздухом может увеличить эффективность удаления фосфатов и органического углерода. Отработанный сорбент рекомендуется обрабатывать ЫаОН. С целью утилизации фосфатов в регенерируемый раствор добавляют порошкообразную СаО из стехиометрического отношения 2,5 ч СаО на 1 ч фосфатов. При этом до 95% суммарного количества фосфатов выпадает в осадок, который рекомендуется для использования в сельском хозяйстве в качестве удобрения.[ ...]
Исходная сточная вода, поступающая в приемную камеру очистных сооружений, имела следующие показатели: БПКй - 120 и фосфаты - 6 мг/л. Доза водопроводного осадка на канализационные очистные сооружения составляет 50 мг/л но массе сухого вещества на 1 л сточной воды. После отстаивания сточная вода характеризовалась такими показателями: контрольный цилиндр - БГ1Кг, и фосфаты соответственно 80 и 5 мг/л. опытный цилиндр - БПК5 и фосфаты - соответственно 40 и 2 мг/л. Снижение (%) при добавлении водопроводного осадка: по БГЖб 50, фосфатам - 60 в сравнении с контролем. В этом случае в формулах (3.1) - (3.3) в выражение КДви подставляют коэффициент К = 0,5 (снижение БПК-,). Рассчитывая удаление фосфатов из сточных вод при первичном отстаивании, используют коэффициент К = 0,6Р (где Р- количество фосфатов в сточной воде без добавления водопроводного осадка).[ ...]
Состав подготовки городских сточных вод, используемых на нефтезаводах США, приведен в табл.7.[ ...]
Схема восстановления сточной воды (рис. 14.3) включает процессы традиционной обработки и доочистки. После первичного отстаивания и вторичной очистки с использованием биофильтров сточная вода поступает в расположенные последовательно три стабилизационных пруда с общим временем пребывания около 18 сут. Рост водорослей в этих прудах снижает концентрации неорганического азота и фосфатов. В стабилизационных прудах уменьшается также содержание других загрязнений. Вода, выходящая из стабилизационных прудов, подвергается рекарбонизации, в результате чего pH снижается с 9,0 до 7,5, и в нее вводится сульфат алюминия в концентрации 150 мг/л для флотационного отделения водорослей. Плавающие на поверхности водоросли собираются скребками, а затем вода подвергается фракционированию путем ценообразования. Сжатый воздух, вводимый в нижнюю часть резервуара, перемешивает воду и приводит к образованию пены. Последняя собирается с поверхности и разбивается струями воды для облегчения ее удаления. Затем вода подвергается хлорированию до точки перегиба с целью окисления и выведения большой части оставшегося неорганического азота и получения необходимой концентрации свободного остаточного хлора. Небольшая доза извести (около 30 мг/л) добавляется вместе с хлором для улучшения осаждаемости взвешенных частиц. Осветленная вода фильтруется через скорые песчаные фильтры, а затем обрабатывается в колоннах с загрузкой из гранулированного активного угля. Адсорбция с помощью активного угля способствует извлечению остаточных растворенных веществ, что приводит к улучшению органолептических характеристик воды, таких, как вкус, цветность и запах. Периодически проводится обратная промывка колонн, а уголь по мере необходимости заменяется. Отработанный уголь складируется и хранится для последующей регенерации.[ ...]
Для коагуляции примесей в сточной воде и удаления фосфатов в ряде городов широко применяется известь для образования карбоната и фосфата кальция. Целесообразность обработки сточной воды известью может определиться степенью кинетического ингибирования процесса образования карбоната кальция примесями сточной воды. Успешное использование такой обработки сточной воды в реальных условиях требует детального знания химических принципов, лежащих в основе процессов образования и взаимодействия карбоната кальция в системах очистки сточных вод . Обработка сточных вод известью часто усложняется из-за неполного осаждения фосфата и плохого отстаивания воды. На практике для удовлетворительного удаления фосфата и хорошего отстаивания обработку воды проводят при высоких значениях pH (10-11) и при больших дозировках извести.[ ...]
Важной проблемой является также удаление основной массы азотных и фосфорных соединений, которые, попадая со сбросными водами в водоемы, вызывают рост водорослей. Кроме того, нитраты отличаются токсичностью. Поскольку в результате первичной и вторичной обработок из сточных вод нитраты и фосфаты не удаляются, необходимость третичной очистки становится весьма актуальной.[ ...]
Последующая стадия очистки включает удаление из осветленной сточной воды остаточного мышьяка с применением железа или фосфата.[ ...]
Борьбу с эфтрофикацией ведут: изъятием фосфатов из сточных вод в местах их сбора (химическое осаждение фосфора известью и солями железа); драгированием - удалением из водоема донных отложений (которые используются как удобрения) и его углублением. Поступление нитратов в водоемы связано с применением азотных удобрений на больших площадях, поэтому его сокращение может быть обеспечено только радикальной перестройкой всей системы ведения сельского хозяйства.[ ...]
По этой схеме очень эффективно удаляются из сточных вод питательные вещества. Количество общего азота в денитрифицированном стоке в среднем меньше 2 мг на 1 л, причем более половины его - органический азот, значительная часть которого удаляется на последней стадии очистки при фильтрации через песчаную загрузку. Данные о работе этой станции очистки показали, что схема обеспечивает удаление загрязнений до таких значений, при которых сточные воды могут беспрепятственно использоваться в системах оборотного водоснабжения. Отмечается, что при использовании сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, а также доочистку на фильтрах, всегда имеется тенденция к увеличению биологических обрастаний, отложений фосфата кальция, пенообразования. Однако эти потенциальные проблемы могут быть всегда эффективно решены обычными методами обработки воды, включающими применение биоцидов, реагентов по предотвращению накипи и пенообразования, а также регулирование pH.[ ...]
Окись алюминия способна сорбировать не только фосфаты, но и другие вещества и соединения . Термическая обработка водопроводного осадка с последующим получением сферических гранул удельной поверхностью 275-360 м2/г и объемом пор 0,4 см3/г, применение его в качестве сорбента для удаления загрязнений из сточной воды показали, что он способен адсорбировать вещества, обладающие полярными молекулами: кислоты, основания, ароматические соединения с диссоциированным атомом водорода и др. Отмечены также особенности и условия практического применения фильтров с загрузкой из окиси алюминия для снижения содержания фосфатов, соединений Са, Си, N и др. Последовательная обработка воды на загрузке из окиси алюминия и активированного угля обеспечивает надежное снижение концентрации общего органического углерода на 95%.[ ...]
Используя информацию относительно растворимости фосфатов, разработайте метод удаления фосфатов из сточных вод. Изобразите схематично процессы, которые лежат в основе вашего метода, определите количество образующегося осадка.[ ...]
Долгое время бытовало такое мнение, что биологическое удаление фосфора осуществляется только бактериями Асте(юЬа ег. Однако в настоящее время уже хорошо известно, что способностью аккумулировать фосфор обладают очень многие гетеротрофные микроорганизмы, содержащиеся в сточной воде и в иле очистных сооружений. Все эти микроорганизмы называют био-Р-бактериями или фосфат-аккумулирующими организмами (ФАО) . Механизм аккумуляции фосфора не всегда активирован в бактериях, поэтому определение концентраций, например, био-Р-бактерий в сточной воде может быть затруднено. В очистных сооружениях с биологическим удалением фосфора активны несколько групп гетеротрофных микроорганизмов, конкурирующих за субстрат, особенно за низкомолекулярные жирные кислоты, которые и необходимы для реализации фосфор-аккумулирующего механизма. Многие из конкурирующих бактерий не являются ФАО. Именно результат этой конкуренции и определяет успех био-Р-процесса.[ ...]
Существующая в настоящее время станция восстановления воды (рис. 14.4) с расчетной производительностью 28 ООО м3/сут состоит из сооружений традиционной биологической очистки и оборудования для третичной физико-химической очистки. Первичная и вторичная очистка проводится с использованием активного ила, причем избыточный активный ил обезвоживается и сжигается. Стоки освобождаются от фосфора и азота посредством обработки известью и воздушной отдувки аммиака. Для максимального осаждения фосфатов необходима дозировка извести 400 мг/ л (в пересчете на СаО). Сточная вода с получаемым высоким значением pH перекачивается через противоточные градирни для удаления азота. Затем перед фильтрованием через напорные фильтры со смешанной загрузкой проводится рекарбонизация воды для снижения pH до 7,5. Адсорберы из активного угля поглощают устойчивые растворимые органические вещества, не удаленные при коагуляции известью, а на последней стадии очистки производится окончательное хлорирование. Известковый осадок рекальцинируется для повторного использования в технологическом процессе.[ ...]
Железосодержащие коагулянты также приводят к осаждению фосфатов. Ионы трехвалентного железа образуют соль РеР04 при молярном отношении, равном 1:1. Так же, как и в случае с алюминием, для действительной коагуляции требуется большее количество железа, чем следует из уравнения химической реа/кции. В связи с тем, что реакция хлорного железа с веществами, обусловливающими естественную щелочность, протекает относительно медленно, вводится также известь или какая-либо другая щелочь для повышения pH и увеличения концентрации гидроксильных ионов. Механизм химической реакции, происходящей между ионами двухвалентного железа и фосфатом, не совсем ясен. Хотя сульфат железа (II) может приводить к образованию выпадающего в осадок фосфата при молярном отношении Ре:Р = 3:2, результаты экспериментов показывают, что здесь молярное отношение почти такое же, как при использовании солей трехвалентнаго железа. В продажу поступают такие соли железа, как сульфат железа (III), хлорид железа (III), сульфат железа (II) и отработанный травильный раствор со сталеплавильных заводов. При условии, что в сточной воде присутствуют в достаточном количестве вещества, обусловливающие высокую естественную щелочность, введение солей трехвалентного железа без вспомогательных коагулянтов приводит к удалению фосфора при таких отношениях Ре:Р, как 1,8:1 или больше. Это эквивалентно введению РеС13 в концентрации приблизительно 100 мг/л. Состав травильного раствора непостоянен и зависит от применявшихся процессов металлообработки. Наиболее распространенная форма - сульфат железа (II), образующийся при травлении серной кислотой, но встречается также хлорид железа (II), получаемый при травлении соляной кислотой. Содержание железа в отработанных растворах колеблется от 5 до 10%, а свободных кислот-от 0,5 до 15%. Для получения хороших результатов при использовании травильных растворов необходимо добавление извести или едкого натра. Например, при первичном отстаивании для снижения концентрации общего фосфора на 30% и ВПК на 60% требуется около 40 мг/л железа, 70 мг/л извести и 0,5 мг/л полимерных добавок.[ ...]
В настоящее время постоянно возрастает стоимость питьевой воды, используемой в стирке, что обусловлено ростом энергетических затрат на водоподготовку и транспортировку воды, а также на очистку сточных вод перед сбросом в водоемы. Ресурсосбережение позволяет сократить производственные расходы, в том числе стоимость. Вместе с тем, экологические аспекты прачечного производства продолжают оставаться малоизученными. Чтобы предотвратить загрязнение водоемов СПАВ, фосфатами и удаленными из одежды загрязнениями, сбросы прачечных производств необходимо очищать. В России и за рубежом этим проблемам уделяется большое внимание.[ ...]
Предлагается прокаливать водопроводный осадок, состоящий в основном из А1(ОН)з при температуре 500-1000 °С, и переводить в таблетированное состояние с добавлением связующего агента с последующим перемешиванием. Полученные таким образом таблетки можно использовать не только как сорбент для удаления фосфатов, но и как катализатор. Возможно также использование в качестве катализатора для увеличения степени очистки сточных вод смеси окислов, содержащих 50-52% окиси алюминия.[ ...]
Отмечается также , что окись алюминия не может полностью заменить активированный уголь из-за недостаточной эффективности очистки ею сточной воды. Однако большая величина удельной адсорбции и простота регенерации окиси алюминия делают целесообразным использование ее на доочищен-ных сточных водах с целью удаления фосфатов.[ ...]
Капельные биофильтры и системы с активным илом (см. главу 1) также используются для очистки вод, образующихся на свалках, иногда в смеси со сточными водами. При проведении этих процессов часто возникает необходимость в добавлении питательных веществ, кроме того, добавление, например, фосфата способствует осаждению тяжелых металлов в составе фосфорорганических соединений. Такая очистка приводит к удалению 99 % БПК и 95 % ХПК одновременно со значительным снижением концентрации ионов аммония (благодаря сочетанию процессов бактериальной нитрификации и клеточной ассимиляции ), железа (на 98%), марганца (на 92%) и цинка (на 94%) , однако наиболее устойчивые органические молекулы нуждаются в дальнейшей деградации. Главным лимитирующим фактором процесса может быть температура, так как из-за сезонных колебаний самые низкие температуры в году совпадают с образованием самых больших объемов фильтрующихся в почву вод. Часто встречающаяся низкая концентрация фосфатов может усиливать процесс вспучивания ила . Наконец, серьезные трудности вызывает накопление металлов в бактериальных флокулах.[ ...]
Большое внимание уделяется использованию хлорного железа и сульфата алюминия при очистке сточных вод от фосфатов (до 0,3-0,7 мг/л) и при удалении из растворов ионов тяжелых металлов (свинца, меди, мышьяка, хрома и ртути) в виде гидроксидов в результате их соосаждения с гидроксидами железа и алюминия. Этот метод позволяет достичь степени очистки более 90% при удалении свинца, мышьяка и трехвалентного хрома, но он менее эффективен при удалении меда (примерно 50%). В целях уменьшения расходов коагулянтов процесс коагуляции следует осуществлять в диапазоне оптимальных величин pH: для А1(0Н)з - при pH = 4,5-8; для солей железа - при pH > 9.[ ...]
Электрокоагуляция в сочетании с электрофлбтацией или без нее применяется главным образом для удаления из сточных вод нерастворенных тон-кодиспергированных примесей, образующих в воде различные коллоидные системы. Значительно реже этот метод применяется для удаления из воды истинно растворенных примесей. В основном это примеси, образующие с ионами Ре2+ и А13+ нерастворимые в воде химические соединения, выпадающие в осадок (фосфаты, сульфиды и др.). При применении железных анодов удаляются также и хромат-ионы, содержащиеся в сточных водах предприятий ряда отраслей промышленности.[ ...]
При добавлении достаточного количества извести осаждающее умягчение продолжается с образованием гидроокиси магния. Для удаления основной фосфорной фракции требуется pH в диапазоне 9,5-11,5, При дозах извести в форме СаО, равных 150-300 мг/л, выводится 80-90% фосфатов из обычных бытовых сточных вод. Требуемое количество извести зависит главным образом от щелочности, концентрации фосфора и требуемой степени удаления последнего.[ ...]
Лучшая защита от токсинов фитопланктона заключается в предотвращении массового роста водорослей. Поэтому надо тщательно следить за тем, чтобы как внутренние воды, так и морское побережье не подвергались эвтрофикации, т.е. загрязнению веществами, которые создают питательную среду для водорослей. Для этого надо вести контроль за экономным расходованием удобрений, а также за возможно более полной очисткой всех сточных вод (разд. 3.4). При очистке вод особое внимание следует уделять удалению из воды фосфатов и нитратов - двум этапам очистки, которым до сих пор не придавалось должного значения (разд. 3.4.2).[ ...]
Приведенный выше обзор лишь частично отражает реальный объем исследований, проводимых за рубежом в этом направлении. Можно констатировать, что использование водопроводного осадка с предварительной его термообработкой для получения высококачественного сорбента - бесспорно перспективный метод удаления не только фосфатов из сточных вод, но и других загрязнений, характеризующихся такими показателями, как ВПК, ХПК и др. Применение водопроводного осадка позволит отказаться от сорбентов природного происхождения. В этом направлении ведет исследования отечественная наука и практика.
Биологическое удаление фосфора основано на его извлечении из сточной воды с помощью аэробных микроорганизмов активного ила.
При обычных условиях работы биологических систем активный ил не может удалить значительные количества фосфора из хозяйственно-бытовых сточных вод, так как для питания бактериям необходимо соотношение С:Р около 100:1, т.е. в сточных водах углерода не хватает для удаления всех фосфатов в процессе роста. Наибольшее потребление фосфора в традиционных системах происходит при высоких органических нагрузках за счет высоких скоростей прироста биомассы. Однако при высоких органических нагрузках в активном иле не будут присутствовать бактерии, осуществляющие нитрификацию аммонийного азота. В режиме полного окисления, когда процесс нитрификации осуществляется довольно полно, биологическое потребление фосфора наименьшее за счет наименьшей величины прироста активного ила. Это основное противоречие в системах одновременного удаления азота и фосфора биологическим методом.
При попадании активного ила, находившегося в аэробных условиях, в анаэробные происходит перестройка метаболизма бактерий. При этом в воду выделяются фосфаты. Время выдержки активного ила в анаэробных условиях в зависимости от параметров проведения процесса в аэробной зоне составляет в среднем около 6 часов.
Осветленная вода из анаэробной зоны, содержащая фосфаты, подвергается реагентной обработке (чаще всего известью). Фосфаты выпадают в осадок, который обрабатывается совместно с осадком первичных отстойников и избыточным активным илом, а осветленная вода, лишенная фосфора, подается в поток поступающих на очистные сооружения сточных вод. При этом расход воды, из которой осаждают фосфаты, может составлять от 5% до 25% общего суточного расхода сточных вод. Следовательно общее количество извести, необходимое для удаления фосфатов, будет в 4-20 раз меньше, чем при обработке всего расхода сточных вод. Необходимая для осаждения фосфатов доза извести - от 150 мг/л и выше.
Технологическая схема очистки, основанная на этом принципе и разработанная американскими учеными еще в начале 70-х годов /11/, позволяет удалить из хозяйственно-бытовых сточных вод общий фосфор на 90%. Если биологически очищенная вода подвергается на завершающей ступени очистки реагентному фильтрованию, то концентрация фосфатов в очищенной воде может достигнуть 0,28 мг/л (по Р). Эффективность удаления фосфатов в данной схеме зависит от степени рециркуляции иловой смеси через анаэробную зону.
Этот процесс, называемый Phostrip, получил достаточно большое распространение /12,13,14/, внедрен на очистных станциях США, Японии и др. /15/.
В анаэробной зоне в результате бактериального разложения органического вещества сточной воды образуются низкомолекулярные жирные кислоты, которые служат субстратом для развития микроорганизмов, интенсивно поглощающих фосфаты на последующих стадиях очистки. Увеличить содержание низкомолекулярных жирных кислот можно добавлением осадка из метантенков (стадия кислого брожения). Однако, это повышает общую органическую нагрузку на сооружение, что нежелательно с точки зрения условий проведения нитрификации.
Более предпочтительно образование низкомолекулярных жирных кислот из органического вещества сточных вод в отдельном ацидофикаторе, где происходит сбраживание осаждаемых взвешенных, веществ поступающих на очистку сточных вод, на стадии кислого брожения. Использование отдельного ацидофикатора позволяет уменьшить объем анаэробной зоны, особенно при низком содержании органики в исходной сточной воде. Время сбраживания осадка в ацидофикаторе ограничивается длительностью фазы кислого брожения и составляет 2-4 суток.
После нахождения в анаэробных условиях бактерии, попадая в энергетически более благоприятную среду - аэробную, усиленно поглощают фосфаты, запасая значительно большее количество фосфора (в нуклеиновых кислотах, АТФ и т.д.), чем при обычном метаболизме. В конце концов фосфор выводится из системы с избыточным активным илом. Чем больше образовалось в анаэробной зоне низкомолекулярных жирных кислот, тем больше затем удаляется фосфатов в аэробной зоне. Очень важно процесс образования жирных кислот не затягивать, чтобы в анаэробных условиях не началась вторая фаза анаэробного брожения, при которой жирные кислоты будут использованы анаэробными бактериями во второй фазе метанового брожения.
Если в анаэробную зону подается иловая смесь с высоким содержанием нитратов, то эта зона становится аноксичной. Это отрицательно сказывается на эффективности удаления фосфатов: денитрификаторы при восстановлении азота нитратов также прежде всего используют низкомолекулярные жирные кислоты, как легкоокисляемую органику, и количества жирных кислот может быть недостаточно для поддержания интенсивного поглощения фосфора. Поэтому аноксичная зона используется, как правило, только для денитрификации.
Если перед аноксичной зоной предусмотрена строго анаэробная зона, где происходит образование и накопление низкомолекулярных жирных кислот в количестве, достаточном для проведения и денитрификации и избыточного поглощения фосфатов, или жирные кислоты подаются из ацидофикатора, то возможно одновременное осуществление процессов удаления азота и фосфора. В этом случае потребление фосфатов начинается уже в аноксичной зоне с использованием в качестве акцептора электронов кислорода нитратов. Но более интенсивно этот процесс идет в аэробной зоне /16/.
Технологическая схема биологического удаления фосфора с анаэробным реактором и аэротенком наиболее простая. Возвратный ил смешивается с поступающими стоками и полученная смесь приходит последовательно анаэробную и аэробную зоны. Фосфаты, аккумулирующиеся в активном иле, удаляются с избыточным активным илом. Этот процесс используется для высоконагружаемых сооружений. Избыточный активный ил необходимо быстро обезвоживать, не подвергая анаэробным условиям во избежании выделения фосфатов в жидкость (фильтрат или фугат), возвращающуюся в голову очистных сооружений.
Для низконагружаемых систем (режимов полного окисления) предпочтительно использовать схемы с тремя последовательно расположенными зонами: анаэробную, аноксичную и аэротенк.
В технологических схемах, включающих три зоны - анаэробную, аноксичную и аэробную, циркуляционный активный ил может подаваться первоначально в аноксичную зону для денитрификации, а только после этого в анаэробную. Это улучшает условия проведения процесса удаления фосфатов за счет эффективного создания строго анаэробных условий.
Таким образом, системы биологической очистки на основе аэротенков могут практически одновременно осуществлять очистку сточных вод от органических загрязнений, соединений азота и фосфора, а именно: непосредственно в аэротенке процесс аэробного биологического окисления органических соединений, нитрификация или одностадийная нитриденитрификация с неглубоким удалением нитратов, удаление фосфатов в процессе избыточного потребления бактериями; в анаэробной зоне - анаэробное разложение органического вещества (фаза кислого брожения) с накоплением жирных кислот для развития удаляющих фосфор бактерий, денитрификация; в аноксичной зоне - потребление фосфатов с использованием кислорода нитратов, денитрификация.
Однако, процесс биологического удаления фосфатов из сточных вод очень сильно зависит от исходных данных и практических условий проведения очистки. Это обуславливает низкую надежность получения заданной эффективности очистки сточных вод от фосфора и необходимость в сложной системе контроля и управления процессом. Кроме того, существуют чисто технические сложности: применение перемешивающего оборудования для анаэробной и аноксичной зон, значительное (в 3-5 раз) увеличение рециркуляционных потоков. Поэтому для гарантированного получения необходимого качества очищенной воды необходимо дополнительно предусматривать реагентную обработку.
