Влияние поступающих со стоками тяжелых металлов на очистные сооружения и процесс биологической очистки в аэротенках

Описаны основные характеристики процесса биологической очистки в аэротенках с продленной аэрацией, глубокой нитрификацией и симультанной денитрификацией. Приведены исследования влияния тяжелых металлов, накопленных во флокулах ак тивного ила, на их структуру. Определены значения концентраций тяжелых металлов, при которых не происходит нарушений структуры флокул активного ила, а, следовательно, качества очистки сточных вод.

При работе аэротенков в режиме продленной аэрации (на полное окисление), глубокой нитрификации, симультанной денитрификации при соблюдении норм технологического режима (нагрузка по БПК - от 50 до 100 мг; нагрузка по ХПК - до 100-120 мг; концентрация растворенного кислорода - от 4 до 6 мг/дм3; доза ила - от 4 до 6 мг/дм3; Крец - от 0,8 до 1) процесс биологической очистки проходит стабильно с достижением высоких результатов качества очистки.

Достигнуты результаты: по БПКп - до 2,6 мг/дм 3 , взвешенным веществам - от 6 до 8 мг/дм3 , азоту аммонийному - от 0,2 до 0,4 мг/дм3 , по нитратам - от 38 до 40 мг/дм 3.

Биоценоз активного ила представлен флоккулирующими формами бактерий. Простейшие представлены более 40 видами. Во множестве присутствуют микроорганизмы III-го трофического уровня (хищники, коловратки, тихоходки, сосущие инфузории). Высока эффективность удаления тяжелых металлов. Так, например, по меди – 97-98% (при значении на входе и выходе 0,5 и 0,002 мг/л соответственно), по цинку - 97-98% (при значении на входе и выходе 0,1 и 0,003 мг/л), по железу – 96-97% (при значениях на входе и выходе до 6,0 и 0,2 мг/л соответственно). На рис. 1 показан зрелый флокулированный ил.

Рис. 1. Зрелый флокулированный ил

Высокая эффективность очистки стоков от тяжелых металлов объясняется способностью активного ила адсорбировать металлы на поверхности клеток бактерий в полисахаридном геле. Однако при сорбции тяжелых металлов возможно их накопление в концентрации, при которой они будут токсикантами для флокулирующих форм бактерий. Накопление возможно и как результат периодических поступлений промышленных стоков, содержащих очень высокие концентрации тяжелых металлов. В настоящее время не определены значения концентраций тяжелых металлов в хлопке активного ила, которые являются токсичными для микроорганизмов биоценоза (4).

Токсичность концентрации тогили иного металла зависит от многих факторов: дозы ила, щелочности, жесткости очищаемой воды, водородного показателя, температуры, взаимодействия присутствующих в стоках тяжелых металлов. Степень токсичности необходимо определять в зависимости от вышеуказанных аспектов для каждых очистных сооружений. Главный биологический фактор - рабочая доза активного ила (чем выше доза, тем выше адаптивные свойства активного ила), адаптивная способность биоценоза активного ила, больше видовой состав микроорганизмов активного ила, главное, больше количество (масса) микроорганизмов.

Таким образом, изучение процесса влияния концентрации тяжелых металлов на биоценоз активногоила - необходимый процесс для каждых очистных сооружений по причине различного влияния тяжелых металлов на активный ил в зависимости от индивидуальных характеристик активного ила на каждых очистных сооружениях. В основном, из-за разницы в нагрузках по БПК, ХПК, с одной стороны. С другой стороны, состав тяжелых металлов, поступающих на очистные сооружения со стоками, и концентрации этих тяжелых металлов определяют различный видовой состав биоценозов очистных сооружений.

С целью определения степени влияния тяжелых металлов на процесс биологической очистки на очистных сооружениях г. Воскресенска в 2015-2018 гг. были проведены исследования по содержанию тяжелых металлов в хлопках активного ила. Полученные результаты сравнивались с результатами гидрохимических и гидробиологических анализов, выполненных в это время для определения степени влияния тяжелых металлов на структуру активного ила и нарушения качества очистки. Результаты анализов содержания тяжелых металлов в активном иле представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты анализов содержания тяжелых металлов в активном иле

Анализируя данные представленной таблицы, можно сделать следующие выводы.

Концентрация тяжелых металлов в осадках сточных вод значительно ниже нормы (не превышает трети) для осадков, используемых для биологической рекультивации.

Концентрация тяжелых металлов в осадке и иле обычно в течение времени постоянна. Отклонения не превышали 5-10%. Концентрации тяжелых металлов в осадке и иле близки по значениям. Превышения в активном иле объясняются периодическим характером поступления промышленных стоков, содержащих один из металлов.

Концентрация тяжелых металлов в хлопках активного ила также постоянна - отклонения не превышают 10-15%.

Концентрации Ni, Cr в активном иле невелики - не превышают 5-10% от концентрации на очистных сооружениях промышленных городов РФ.

Концентрация Cd составляет 10-30% от концентрации на очистных сооружениях Нижнего Новгорода и практически равна значениям на ОС Швеции.

Концентрация мышьяка в активном иле довольно значительна. По сравнению с очистными сооружениями г. Челябинска превышение составляет до 5-7 раз. Это связано, видимо, с поступлением мышьяка из сырья промышленного комплекса города.

Концентрация меди в пределах 300-400 мг/кг. Это ниже критического значения в 500 мг/кг по исследованиям Н.С. Жмур.

Концентрация Zn в пределах1000-1700 мг/кг представляется нормальной на фоне других промышленных городов, где концентрация Zn в иле составляет от 2300 до 30 000 мг/кг.

Повышение концентрации свинца в 2016 году с обычных 200-250 мг/кг до 4000 мг/кг приводит к исчезновению коловраток по данным гидробиологических анализов того времени.

Критического нарушения структуры ила не происходит. Иловый индекс не повышает 120-130 г/мл. Поступление повышенных концентраций с завода аккумуляторов прекращено после ремонта промышленной канализации.

В целом можно сделать вывод, что фактор накопления тяжелых металлов в хлопках активного ила в наблюдаемых концентрациях не является определяющим фактором, способствующим угнетению флокулирующих форм бактерий. Развитию нитчатых форм бактерий способствует повышение концентрации трудно окисляемых органических соединений в поступающих стоках, повышение нагрузки по ХПК более 300-400 мг на кг сухого вещества в сутки и более, а также повышение концентрации азота аммонийного на входе более 60-80 мг/дм 3 и воздействие обоих этих факторов одновременно.

При концентрации активного ила 4-6 г/л и концентрации растворенного кислорода 2-6 мг/кг в аэротенке допустимо накопление тяжелых металлов до значений, указанных в таблице 1.

Для свинца и цинка – в пределах 1000-1500 мг/кг сухого веса активного ила. Патологических нарушений структуры ила не наблюдается, иловый индекс не превышает 100-110 г/мл.

Эффективность очистки от тяжелых металлов составляет 96-99%. На рис. 2 представлен флокулированный, минерализованный ил с кутикулой тихоходки.

Рис. 2. Флокулированный, минерализованный ил с кутикулой тихоходки

Глубокий анализ данных, полученных в течение многих лет гидробиологическими и гидрохимическими методами, позволил прийти к указанным выводам. Это дало возможность создать электронный атлас гидробионтов активного ила с изображениями микроорганизмов в измененной форме от действия токсичных факторов, а также составить таблицу мероприятий по устранению последствий воздействия на активный ил различных неблагоприятных и токсичных факторов.

Литература:
1. Гюнтер Л.И., Беляева М.А., Юдина Л.Ф. Влияние технологических параметров работы аэротенков на формирование биоценозов и биохимические характеристики активного ила. Известия ЖК Академии. Москва. 1976.
2. Фауна аэротенков (Атлас). Под редакцией Кутиковой Л.А. Москва. Наука, 1984.
3. Никитина О.Г. Биоэстимация: контроль и регулирование процессов биологической очистки и самоочищения воды. Автореферат диссертации доктора биологических наук. Москва. 2012.
4. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. Москва. Акварос, 2003.
5. Захватаева Н.В., Шеломков А.С. Активный ил как управляемая экологическая система. Москва. ЭкспоМедиаПресс, 2013.
6. Голубовская Э.К. Биологические основы очистки воды. Москва. Высшая школа, 1978.

The effect of heavy metals coming from effluents on treatment facilities and the process of biological treatment in aeration tanks

For example OS g. Voskresensk (shop Nipsu JSC «Voskresensk mineral fertilizers»)

The main characteristics of the biological treatment process in aeration tanks with extended aeration, deep nitrification and simultaneous denitrification are described. Studies of the influence of heavy metals accumulated in the activated sludge floccules on their structure are presented. The values of heavy metal concentrations at which there are no violations of the structure of activated sludge floccules, and consequently, the quality of wastewater treatment are determined.

Smirnov Vsevolod Borisovich, candidate of technical Sciences, process engineer, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.;
Shevchenko Natalia Petrovna, engineer@bacteriologist.

Shop for the neutralization and treatment of industrial wastewater (Niesv), JSC «Voskresensk mineral fertilizers». 140200, Russia, Voskresensk, Moscow region, street factory, d. 1.

Журнал «Вода Magazine», №6 (130), 2018 г.