Математическое моделирование и внедрение эффективных биотехнологий очистки от азота и фосфора (Окончание. Начало в СтройПРОФИ № 4, 2012 г.)

Полученные экспериментальные данные подтверждают обоснованный теоретически характер зависимости эффективности БДФ от возраста активного ила. Оптимальное значение возраста, где скорость образования ацетата и эффективность удаления фосфора достигают наибольших значений, лежат в диапазоне 6–11 сут. Этот диапазон соответствует и наибольшей эффективности технологии нитриденитрификации, что подтверждает целесообразность совмещения этих биотехнологий для эффективной очистки от азота и фосфора. Как следует из результатов исследований, применение технологии БДФ при возрасте менее 4–5 сут. (в условиях отсутствия нитрификации) малоэффективно.

Рис. 1. Технология нитриденитрификации в системе «аэротенк — вторичный отстойник городских очистных сооружений» производительностью 20 тыс. м3/сут.

Рис. 2. Увеличение эффективности очистки по азоту на городских очистных сооружениях производительностью 20 тыс. м3/сут.
 

На практике необходимо учитывать, что при реализации технологии БДФ на действующих очистных сооружениях требуется порядка 1–2 час. пребывания сточной воды в ана-эробной зоне или 1/4 – 1/6 от объема всего аэротенка. Внедрение анаэробных зон приводит к сокращению объема аэробных зон, а следовательно, снижается эффективность очистки по БПК и азоту. Поэтому за рубежом при внедрении данных технологий в существующих аэротенках предусматривается ~ 20%-ное снижение гидравлической нагрузки на очистные сооружения [4]. Однако, по нашим расчетам, в большинстве случаев этого можно избежать, если одновременно с реализацией технологии биологической дефосфотации осуществлять интенсификацию процесса биологической очистки в аэробных зонах. Интенсификацию можно проводить в нескольких направлениях:
— в направлении повышения эффективности системы аэрации, что требуется для увеличения эффективности удаления БПК и аммонийного азота;
— при помощи дополнительного секционирования (если аэротенк работает в промежуточном режиме — между вытеснением и смешением) с целью приближения режима биологической очистки к вытеснению, когда происходит более эффективное удаление аммонийного азота;
— за счет оптимизации процесса очистки на основе методов математического моделирования.

Рассмотренный выше подход использован при реконструкции системы биологической очистки «аэротенк — вторичный отстойник канализационных очистных сооружений» производительностью 20 тыс. м3/сут. До реконструкции аэротенк работал в традиционном режиме аэробной биологической очистки со среднепузырчатой аэрацией. Для перевода аэротенка в режим НД выделены зоны нитрификации и денитрификации. Реализованная технология нитриденитрификации в системе «аэротенк — вторичный отстойник городских очистных сооружений» производительностью 20 тыс. м3/сут. показана на рис. 1. В зонах нитрификации созданы строго аэробные условия (концентрация растворенного кислорода более 3 мг/л), необходимые для эффективного биоокисления аммонийного азота. В зонах денитрификации достигнуты псевдоаноксидные условия (концентрация растворенного кислорода — не более 0,1 мг/л), обеспечивающие протекание процесса биовосстановления нитратного азота до молекулярного.

Для эффективного протекания процесса денитрификации организована рассредоточенная подача сточной воды. Подача сточной воды осуществляется в начало второго и третьего коридоров. В начало второго коридора подается 70–80% сточной воды, в начало третьего коридора — 20–30%.

Табл. 1. Эффективность очистки от азота в аэротенке до и после перехода на технологию нитриденитрификации (разовые пробы)

Табл. 2. Эффективность очистки от азота на очистных сооружениях до и после перехода на технологию нитриденитрификации (среднесуточные пробы)

Табл. 3. Эффективность очистки от фосфора фосфатов в целом по очистным сооружениям

Достигнутые после перевода аэротенка очистных сооружений в режим нитриденитрификации результаты иллюстрируются в табл. 1 и 2. 

В табл. 1 приведены данные по эффективности очистки от азота в аэротенке до и после внедрения новой технологии очистки. Для оценки эффективности работы аэротенка по традиционной технологии очистки до проведения каких-либо изменений были отобраны пробы поступающей и очищенной в аэротенке сточной воды. Результаты проведенного анализа проб приведены в строке «традиционная технология».

Из табл. 1 следует: после внедрения технологии нитриденитрификации эффективность биологического удаления азота составила 90%, т. е. обеспечена практически максимально возможная эффективность процесса нитриденитрификации.

В табл. 2 проведено сравнение эффективности очистки от азота в целом на очистных сооружениях. Для оценки эффективности работы аэротенка по традиционной технологии очистки использованы эксплуатационные данные работы очистных сооружений в период с января по июнь 2009 г. (табл. 1).

Данные табл. 2 иллюстрирует рис. 2. Как следует из табл. 2, при реализации технологии нитриденитрификации, эффективность удаления взвешенных веществ не снизилась: концентрация взвешенных веществ в очищенной воде < 3 мг/л, что даже несколько ниже концентрации взвешенных веществ в очищенной воде до реализации рекомендаций (5,3 мг/л).

Эффективность удаления фосфора после перехода на технологию нитриденитрификации также не снизилась (табл. 3).

Внедрение технологии нитриденитрификации позволило не только снять лимитирование процесса нитрификации по растворенному кислороду, но и перейти на воздуходувку меньшей производительности. До перехода на технологию нитриденитрификации использовался турбокомпрессор ТВ-175-1,6-01, после перехода стало возможным использование воздуходувки ТВ-80-1,6-01.

При тарифе за потребляемую электроэнергию 1,59 руб./кВт экономический результат для предприятия составил более 1,25 млн руб./год. С учетом снижения платы за сброс биогенов реальный экономический результат оказывается еще выше.

Выводы

1. Расчеты по разработанной модели и достигнутые на практике результаты позволяют заключить, что существует реальная возможность обеспечения норматива НДС по азоту и фосфору путем внедрения в существующих аэротенках технологий нитриденитрификации и биологической дефосфотации без сокращения производительности и эффекта очистки по остальным показателям сточных вод.
2. Внедрение технологии нитриденитрификации позволило сократить сброс общего азота в 2,5 раза без сокращения эффективности очистки по другим показателям. За счет сокращения энергопотребления экономический эффект от реализации новой технологии составил более 1,25 млн руб./год (без учета сокращения платы за сброс).

Литература
1. Большаков Н. Ю. «Очистка от биогенных элементов на городских очистных сооружениях». — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010 г.
2. Мишуков Б. Г. «Расчет сооружений биологической очистки городских сточных вод». — СПб.: Инж.-строит. инст., 1993 г.
3. Николаев А. Н., Большаков Н. Ю. «Биологическая очистка сточных вод: математическая модель». // «Экология и промышленность России», ноябрь, 2001 г.
4. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton, H. David Stensel: Wastewater Engineering. Treatment and Reuse. — New York.: McGraw-Hill Higher Education, 2003.

Окончание. Начало в СтройПРОФИ № 4, 2012 г.