Современные методы очистки хозяйственно - бытовых сточных вод на биофильтрах

УДК 628.35

Предложена технологическая схема, которая позволяет все активнее использовать биофильтры как при модернизации существующих очистных сооружений, так и при проектировании новых. В результате реконструкции существующих станций биофильтрации возможно снижено количество биогенных элементов в водоемах.

Ключевые слова: биофильтры, сточные воды, загрузочный материал, реконструкция очистных сооружений.

Биофильтр - это сооружение, в котором сточная вода фильтруется сквозь загрузочный материал, покрытый биопленкой. Загрузочный материал - ключевой элемент биологического фильтра, поэтому, прежде всего, были исследованы характеристики загрузочных материалов. В качестве загрузочных материалов были отобраны различные пластмассовые изделия, широко представленные на рынке [1].

Для определения основных свойств загрузочных материалов была исследована работа капельного биофильтра, загруженного материалами:
- пространственная сетка;
- ячеистый полимер;
- трубчатая загрузка с полимерной нитью;
- биошары;
- трубчатая ребристая загрузка (первые два показаны на рис. 1 а, б).

Для каждого загрузочного материала оценивалось визуальное наличие биопленки, исследовались свойства биопленки при помощи светового и электронного микроскопирования. На рис. 1 также представлены средние результаты основных санитарно-химических показателей.

Для дальнейших исследований были отобраны материалы №1, №2 и №3. В представленных исследованиях рассмотрена задача удаления азота аммонийного из сточных вод на биофильтрах. Проведена серия экспериментов по изучению процессов очистки сточных вод на биофильтрах с созданием чередующихся аэробных и анаэробных (аноксидных) зон [2, 3]. Исследования проводились на лабораторной модели с четырьмя чередующимися зонами биофильтрации. В составе модели: бак подаваемой воды, насос-дозатор, анаэробная зона, аэробная зона, вторичный отстойник.

Точки отбора проб были такие:
- на входе, из бака подаваемой сточной воды;
- после 1-й анаэробной зоны;
- после 1-й аэробной зоны;
- на выходе из 1-го вторичного отстойника;
- после 2-й анаэробной зоны;
- после 2-й аэробной зоны;
- после 2-го вторичного отстойника.

Во всех зонах биофильтрации был применен загрузочный материал №1 (пространственная сетка). Лабораторная модель работала в течение четырех месяцев, средние результаты санитарно-химических анализов представлены в таблице 1.

Концентрации соединений азота представлены на рис. 2.

При анализе результатов работы стандартной модели стало очевидно, что эффективность очистки низкая по БПК и азоту аммонийному. Образуется вторичное загрязнение.

Следующим этапом исследований была работа лабораторной модели с тем же загрузочным материалом, но в режиме рециркуляции нитратной воды. Модель с рециркуляцией нитраной воды включала: бак подаваемой воды, насос-дозатор, аноксидную зону, аэробную зону, вторичный отстойник.

Пробы отбирались в следующих точках:
- на входе, из бака подаваемой сточной воды;
- после 1-й аноксидной зоны;
- после 1-й аэробной зоны;
- на выходе из 1-го вторичного отстойника;
- после 2-й аноксидной зоны;
- после 2-й аэробной зоны;
- после 2-го вторичного отстойника.

Средние результаты санитарно-химических анализов представлены в таблице 2.

Следует отметить, что с введением в схему рециркуляции нитратной воды санитарно-химические показатели значительно улучшились. Лабораторная модель работала стабильно на протяжении трех месяцев. Проанализировав работу лабораторной модели в режиме без рециркуляции, приняли решение дальнейшие исследования проводить только с рециркуляцией нитратной воды, поскольку, очевидно, появляется вторичное загрязнение, а, кроме того, процессы денитрификации не проходят достаточно глубоко.

Далее проводились исследования модели с рециркуляцией нитратной воды, однако было принято решение заменить загрузочный материал в аноксидных зонах на ячеистый полимер. Это обусловлено низким эффектом очистки в этих зонах и состоянием биопленки. В аэробных зонах биопленка распределялась тонким слоем по всему объему загрузочного материала, при исследовании биомассы с помощью светового микроскопа было выявлено большое количество инфузорий и коловраток, которые были весьма подвижны. Предположительно это связано с особенностями строения загрузочного материала и легким доступом в него кислорода. Средние результаты санитарно-химических анализов представлены в таблице 3.

Схема с рециркуляцией сточной воды была использована также на реальной сточной воде. Полупроизводственная установка представляла собой также четыре зоны биофильтрации, однако без промежуточного отстаивания.

Точки отбора проб были такие:
- на входе;
- из первичного отстойника;
- после 1-й аэробной зоны;
- после 1-й аноксидной зоны;
- после 2-й аэробной зоны;
- после 2-й аноксидной зоны.

 Рис. 3. Содержание соединений азота в лабораторной модели с рециркуляцией нитратной воды

В аэробных зонах использовался загрузочный материал №3 - трубчатая загрузка с полимерной нитью, а в аноксидной - вся та же пространственная сетка. Ниже представлены результаты работы полупроизводственной модели.

Исследованная технологическая схема может быть использована при реконструкции очистных сооружений, особенно в тех случаях, когда существующая схема на станции очистки включает в себя сооружения биофильтрации, где возможно добиться требуемых показателей очистки не только по БПК, но и по соединениям азота.

Выводы:
1. Были достигнуты показатели очищенной сточной воды, необходимые для сброса в водоемы рыбхозназначения.
2. Апробированы различные загрузочные материалы и разработаны рекомендации по использованию в различных зонах.
3. Обнаружена взаимосвязь между толщиной биопленки и ее свойствами и видовым составом.
4. Отметим, что процесс эвтрофикации обратим: снижение концентрации загрязняющих веществ приводит к нормализации водных объектов, а значит, предложенные технологии приведут к улучшению экологического состояния окружающей среды.

Литература:
1. Gogina E., Yantsen O. Research of biofilter feed properties. International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 24. С. 44070-44074.
2. N. Makisha, E. Gogina. Methods of bio- logical removal of nitrogen from waste water and ways to its intensification // Applied Mechanics and Materials, 2014, Т. 587-589, с. 644-647.
3. N. Makisha, O. Yantsen. Laboratory mod- eling and research of waste water treatment processes in biofilters with polymer feed // Applied Mechanics and Materials, 2014, Т.587- 589, с. 640-643.

Modern methods of purification of household wastewater on the biofilter

The proposed technological scheme will allow more use of biofilters as the reconstruction of existing structures and when designing new ones. Thanks to the reconstruction of existing stations biofiltration will be reduced by the amounts of nutrients in water bodies.

Keywords: biofilters, waste water, material, reconstruction of treatment facilities.

Yantsen Olga Viktorovna, Deputy Director on educational work, head of educationalDmethodical center of the Institute of environmental engineering of the construction and mechanization (IESM).

129337, Russia, Moscow, Yaroslavskoe shosse, 26. EDmail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Журнал "Вода Magazine", №7 (119), 2017 г.