Использование кассет с носителем биомассы на сооружениях очистки сточных вод

УДК 537.2.628.353/354.678.02732:677.494

 Ужесточение требований к качеству очищенной сточной воды, сбрасываемой в водоемы, ведет к необходимости реконструкции существующих или строительству новых очистных сооружений. В данной статье рассмотрена возможность интенсификации работы очистных сооружений с использованием волокнисто-пористого носителя биомассы.

Ключевые слова: аэротенк, активный ил, биологическая очистка, биологическая загрузка, реконструкция очистных сооружений, сточные воды, доза ила, иловый индекс.

Одним из направлений интенсификации процесса биологической очистки сточных вод является увеличение дозы активного ила (АИ) в аэротенке. Достичь значительного повышения концентрации свободноплавающего АИ технически сложно. Увеличение дозы АИ приводит к ухудшению седиментационной способности АИ и повышению выноса иловой взвеси с очищенной водой, также это приводит к ухудшению метаболических свойств АИ и снижению окислительной мощности аэротенка [1, с.245].

Решить вопрос интенсификации процесса биологической очистки сточных вод возможно при использовании нейтральных носителей для образования на них фиксированной микрофлоры.

Для решения конкретных задач носители размещают в различных сооружениях. Так, в биофильтрах на них развивается биопленка, которая обеспечивает заданную степень очистки сточных вод. В аэротенках носители биомассы способствуют поддержанию необходимой для эффективной очистки дозы ила, интенсификации процессов нитри-денитрификации.

Разные цели использования носителей на станциях очистки сточных вод влекут за собой создание различных по своим характеристикам материалов для их изготовления, а также разработку разнообразных геометрических форм и вариантов размещения носителей в сооружениях. При этом в аэротенке поддерживаются два вида микробиальных культур: свободно плавающая, представляющая АИ в обычном ее понимании, и прикрепленная к расположенному в иловом смеси носителю. Возраст АИ на носителях биомассы больше, чем у АИ во взвешенном состоянии, непрерывно удаляемом и обновляемом.

При иммобилизации повышается устойчивость организмов АИ к воздействию токсикантов, так как, прикрепляясь к поверхности носителя, организмы выделяют большее, чем обычно, количество защитного биополимерного геля. При гибели АИ в результате попадания в систему токсичных веществ в таких системах происходит быстрое восстановление его деятельности [2, с. 24].

Важнейшими критериями выбора носителя являются: развитая поверхность, пористость, удовлетворительные механическая прочность и химическая стойкость, биосовместимость, способность обеспечивать устойчивую жизнедеятельность микробных ассоциаций и отсутствие токсичного действия на них [3, с.29].

В качестве носителя биомассы используются как плавающие, так и фиксированно установленные насадки из различных материалов различной формы, позволяющие поднять дозу АИ в аэротенке до 8-10 г/л [3, с.17] без ухудшения работы вторичных отстойников. Спектр инертных носителей для иммобилизации биомассы очистных сооружений довольно широк. В качестве стационарных носителей биомассы используют песок, керамзит, щебень, гравий, золу, уголь, стеклоткань, стекловолокно, базальтовое волокно, керамику, металлическую сетку, кольца Рашига [4, с.29].

Применяют материалы, имеющую плотность равную или меньшую плотности воды (пенополиуретан, вспененная пластмасса, пористое стекло, кокс и другое).

Имеется опыт внедрения носителей биомассы в виде пластин с сетчатой структурой из различных природных и синтетических материалов, волокон нейлона, полиэфира, поливинилхлорида, капронового корда и пенополиуритана, а также материалов, которые предполагают иммобилизацию путем включения клеток в полимеры [4, с.29].

В качестве плавающих носителей биомассы используют плавающие губки различной формы с пористостью около 97% с внутренней и внешней поверхностью способствующей прикреплению биомассы. В зоне аэрации этот плавающий материал (плотность его близка к 1) удерживается с помощью проволочных сеток, предотвращающих его вынос в отстойные сооружения [5, с.1].

Технологическая эффективность и эксплуатационная надежность зависит от материала носителя, его геометрического и конструктивного исполнения. Стационарная загрузка, в отличие от плавающей, позволяет культивировать сообщества микроорганизмов, соответствующих качеству сточных вод и реализуемых биохимические процессы в конкретных точках аэротенков [6, с.37]. Оптимальным представляется носитель, сочетающий гибкость и прочность.

Из использованных в настоящее время хорошо зарекомендовал себя носитель биомассы производства ООО «Гефлис» (Республика Беларусь). Данный носитель обладает высокой однородностью волокнисто-пористого слоя, высокой сорбционной емкостью к биомассе, устойчивостью функциональных свойств и стабильными режимами биологической очистки [7].

На носитель биомассы фильтров для биологической очистки сточных вод имеется Евразийский патент. Разработка носителя биомассы проводилась совместно с представителями НАН Беларуси [7].

Предлагаемый носитель биомассы выполняется в виде волокнисто-пористого нетканого материала из синтетических, соединенных между собой когезионными спайками в местах контакта, с объемной плоскостью 0,2 - 0,3 г/см3, при этом в качестве синтетических волокон он содержит полимерные волокна, полученные методом пневмоэкструзии с индексом текучести расплава полимера не менее 25 г/10 мин, а указательные волокна имеют диаметр 50-80 мкм [7].

Носитель выполнен в виде полого цилиндрического элемента с толщиной стенки 5-10 мм, внутренним диаметром 45-55 мм и пористостью 65-80% [7].

В данной статье рассмотрены значения дозы активного ила (АИ), илового индекса в аэротенках, прозрачность воды во вторичных отстойниках на канализационных очистных сооружениях (КОС) пос. Белые Берега (Брянская область, Российская Федерация). Также приведены результаты исследований особенностей биоценоза АИ, проводимых на очистных сооружениях г. Ивацевичи (Брестская область, Республика Беларусь).

На канализационных очистных сооружениях поселка городского типа Белые Берега Брянской области, имеющих 4 линии, проводились эксперименты по внедрению носителей биомассы в зоны нитрификации аэротенков. При этом на первой линии носители биомассы были установлены позже.

Сточные воды, поступающие на очистные сооружения пос. Белые Берега, представлены смесью хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод фабрики по производству бумаги и картона. Сточные воды - сложные по составу, с высоким значением ХПК.

Как видно из рис. 2, при внедрении носителей биомассы в зоны нитрификации аэротенков на КОС пос. Белые Берега существенно выросла эффективность биологической очистки. Значительно сократилось содержание БПК5, взвешенных веществ, ХПК, азота аммонийного на выходе из очистных сооружений.

На рис. 3 приведен график изменения дозы ила в аэротенах пос. Белые Берега.

Из графика видно, что доза ила в промежуток времени I на 2,3, и 4 линиях, содержащих носитель биомассы, значительно выше, чем на первой линии. В промежуток времени II (после установки на первую линию носителя биомассы) значения дозы ила на первой линии стали больше. Таким образом, можно сделать вывод, что использование носителя биомассы позволяет стабильно повысить дозу АИ в зонах нитрификации аэротенков. График изменения илового индекса приведен на рис. 4.

Стабильность значений илового индекса свидетельствует об удовлетворительных условиях жизнедеятельности АИ и хорошем режиме эксплуатации сооружений (оптимальное количество ила удаляется из системы и поддерживается нормальная доза возвратного АИ) [8, с.99]. По графику на рис. 4 видно, что после внедрения носителей биомассы на первой линии разброс значений илового индекса стал не таким широким.

Прозрачность сточных вод обусловлена наличием в сточных водах нерастворимых и коллоидных примесей, а также микроорганизмов. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой через нее можно читать шрифт определенного размера (высота букв 3,5 мм) (150 с. [8]). По результатам наблюдений прозрачность воды во вторичных отстойниках при использовании носителя биомассы в зоне аэрации аэротенков составляет больше 30 см. Это указывает, как правило, на высокую степень очистки. В период отсутствия на первой линии аэротенков в зоне аэрации носителей биомассы прозрачность во вторичном отстойнике первой линии была не более 5 см.

На очистных сооружениях г. Ивацевичи (Брестская область, Республика Беларусь) проводились исследования особенностей биоценоза АИ, находящегося в свободноплавающем состоянии и иммобилизованного на носителе [2, с.25].

Было выявлено, что размещение в зонах нитрификации волокнисто-пористого полимерного носителя способствует длительному удержанию в них значительного количества биомассы, что позволяет увеличить возраст активного ила. Это особенно важно для глубокого протекания процесса нитрификации, поскольку бактерии, окисляющие амонийный азот, имеют низкую скорость окисления [2, с.25].

Биоценоз иммобилизированного АИ по видовому составу идентичен биоценозу свободно плавающего, но характеризуется гораздо более высокой концентрацией как бактериальной массы, так и организмов высших трофических уровней (коловратки, нематоды, хищные грибы, малощетинковые черви и др.) [2, с.25].

Таким образом, на основании полученных исследований можно сделать вывод о том, что внедрение носителей биомассы в аэротенк позволяет:
- увеличить дозу АИ без ухудшения работы вторичных отстойников;
- существенно повысить эффективность очистки по основным загрязнениям;
- добиться стабильных значений по иловому индексу;
- увеличить концентрацию бактериальной массы и организмов высших трофических уровней.

При этом использование носителей биомассы может осуществляться как в условиях крупных, так и на локальных очистных комплексах [2].

Литература:
1. Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. Водоотведение и очистка сточных вод. М.: 2006 г., C.-704
2. Проведенный сравнительный анализ состава активного ила, находящегося в аэротенке в свободном состоянии и закрепленного на полимерной загрузке, с целью оптимизаций условий очистки сточных вод/отчет о научно-исследовательской работе // Маркевич Р.М., Гребенчикова И.А., Демиденко Е.В. Минск, 2013 г.
3. Биологические фильтры. Яковлев С.В., Воронов Ю.В./ М.: Cтройиздат, 1975, 135с.
4. Н.В. Сунцева. Использование иммобилизированной микрофлоры в очистке сточных вод // Вода. 2008. № 4. C. 28-29
5. О.В. Софарова, А.С. Чувашов. Динамика осаждения активного ила в аэротенке на синтетические водоросли типа «Ерш»//[Электронный ресурс]. - http://kk.convdocs.org/docs/index-105292.html Режим доступа: 14.05.2015
6. С.В. Харкин. Реконструкция очистных сооружений под технологии удаления азота и фосфора - мифы и реальность// Водоочистка. 2014 г. №1. C.32-41.
7. Носитель биомассы фильтров для биологический очистки сточных вод: пат. 007088 Евразийский, МПК С 02 F 3/10 / Савицкий Н.Е., Лисицын В.Л., Кравцов А.Г.; заявитель ООО «ПОЛИМЕР» - заявл. 30.03.05; опубл. 30.06.06 - 4 с.
8. Н.С. Жмур. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками/ 2013 г. - 512 с.

The using of cassettes with the carrier of biomass produced by «Geflis» on biological wastewater treatment

Stricter requirements for the quality of treated wastewater discharged into water bodies leads to the necessity of reconstruction of existing or construction of new treatment facilities. This article considers the possibility of intensification of treatment facilities using fiber-porous support biomass.

Key words: aeration tank, activated sludge, biological treatment, bioblock, reconstruction of treatment facilities, wastewater, sludge dosage, sludge index.

Vostrova Regina Nikolaevna, Ph.D. (Engineering), associated professor, head of the Department «Ecology and rational use of water resources» EE «Belarusian state University of transport». Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Rodenko Alexey Vladimirovich, graduate, Director of «Geflis». Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Makarov Dmitry Vadimovich, design engineer of «Geflis». E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Журнал «Вода Magazine», №8 (96), 2015 г.