Стічних вод

Розглянуті основні джерела та шляхи забруднення водних басейнів сполуками фосфору, негативні наслідки антропогенного впливу цих речовин на якість води поверхневих водойм, методи вилучення фосфоровмісних домішок із води [1]. Передбачається, що біотехнологія вилучення з'єднань фосфору із води є найбільш раціональною за економічними та екологічними критеріями і потребує більш інтенсивної наукової розробки.

Актуальність розробки і реалізації нових технічних рішень по очищенню стічних вод і зневоднюванню осідання обумовлене декількома причинами, серед яких найбільш значимими є наступні [2]:

– вкрай обмежене фінансування будівництва нових очисних споруджень і для підтримки технічного рівня існуючих об'єктів каналізації;

– зміна вимог до якості очищення, особливо в частині зменшення концентрації з'єднань біогенних елементів в очищених стічних водах;

– продиктована зростаючими цінами на енергоносії необхідність зниження енерговитрат на очищення стічних вод;

– високі (у порівнянні з показниками розвинутих країн) трудовитрати на експлуатацію споруджень по очищенню стічних вод;

– відставання в області зневоднювання й утилізації осадів стічних вод;

В останні роки компанія Екополімер, продовжуючи діяльність по наданню всього спектра продукції і послуг по очищенню стічних вод муніципальним і промисловим об'єктам, велику увагу приділяла розробці і реалізації нових технічних рішень для здійснення повного комплексу робіт (підготовка пропозицій, проектування, постачання устаткування, виконання функцій генпідрядника і здача об'єкта) було створене об'єднання — група компаній (ГК) Екополімер, у котре ввійшли інженерні і виробничі підприємства в Україні і Росії. Деякі з реалізованих великих проектів коментуються нижче.

У 2002—2004 р. ГК Екополімер виконана розробка технології і видане апаратурне оформлення процесу видалення азоту і фосфору в аеротенках.

Встановлено, що перспективною схемою для біологічного очищення стічних вод від біогенних елементів є "східчаста аерація" [2]. При реалізації цієї схеми стічна рідина подається в два чи більш реактори, кожний з яких має зону перемішування і зону аерації. Поворотний мул і частина стічної рідини подаються в зону перемішування першого реактора. Далі суміш мулу і стічної рідини надходить у зону аерації першого реактора.

У зону перемішування другого реактора подається мулова суміш із зони аерації першого реактора і друга частина стічної рідини. З цієї зони мулова суміш подається в зону аерації другого ректора. У залежності від сталого режиму зони перемішування можуть бути без кисневими (відсутність розчиненого кисню) чи анаеробними (відсутність розчиненого кисню й інших його джерел). Від ефективності підтримки режиму перемішування залежить ефективність видалення азоту і фосфору.

Ця система є особливо привабливої при реконструкції існуючих коридорних аеротенків, що встановлені на більшості станцій. Реконструкцію можна робити поступово, по одному аеротенку, без відключення всіх споруджень.

Перемішування активного мулу і стічної рідини можна здійснювати механічними мішалками чи повітрям. Пневматичне перемішування приводить до розчинення кисню і зниженню ефективності денітрифікації і добору бактерій, що акумулюють фосфор. При механічному перемішуванні у відповідні зони разом з водою й активним мулом також надходить кисень, проте процеси біологічного видалення азоту і фосфору протікають більш успішно. Розроблена і запатентована конструкція спеціального пристрою для пневматичного перемішування (АКВА–МИКС). По конструкції елементів кріплення ці пристрої не відрізняються від звичайних аераторів АКВА–ПЛАСТ, що пос-тавляються ГК Екополімер. Відмінною рисою пристроїв АКВА–МИКС є низька ефективність переносу кисню (2,24 —2,72 % на 1 м занурення). Протягом ряду років компанія застосовувала ці пристрої в сполученні з дрібно пористими аераторами при капітальному ремонті існуючих резервуарів аераторів. Показники очищення для аеротенків зі східчастою денітрифікацією і пневматичним перемішуванням, які отримані на чотирьох об'єктах, надано в табл. 1.1.

Як видно з табл. 1.1, запропоноване технічне рішення дозволяє досягти високої якості очистки по сполуках азоту. У більшості випадків вдається істотно підвищити якість очищення і по фосфорі. Однак розрахунки показали, що для ефективного видалення фосфору потрібно наступне:

– використання не вистояної стічної рідини;

– застосування механічного перемішування;

– переклад у розрахунковий режим не менш 70 % існуючих аеротенків;

– хімічне осадження фосфору з поворотних потоків після механічного зневоднювання.

 

Таблиця 1.1. Показники якості очищення стічних вод для аеротенків зі східчастою денітрифікацією і пневматичним перемішуванням [2]

 

Аераційні резервуари	NH4–N, мг/дм3	NO3–N, мг/дм3	РО4–Р, мг/дм3
Вхід	Вихід	Вхід	Вихід	Вхід	Вихід
С.–Петербург	13,8	0,49		3,6	1,7	0,5*
Набережні Човни	20,6	0,18	—	7,77	1,8	1,38
Бузулук	21,6	0,19	—	8,53	1,9	0,80
Шостка	22,6	0,45	—	6,35	1,44	0,86

*одиничний вимір

 

До дійсного часу механічні мішалки в зонах перемішування встановлені в двох аеротенках (Заосторов’є, Саратоворгсинтез). На цих об'єктах отримані більш високі результати по видаленню з'єднань фосфору.

Зрослі вимоги до охорони навколишнього середовища і значне відставання водопровідно-каналізаційного господарства в рішенні задач зневоднювання осадів стічних вод спонукало групу компаній Екополімер приділяти підвищену увагу до цієї проблеми. Робота проводилася в двох напрямках, по першому з якої здійснювалося постачання, монтаж і введення в експлуатацію комплексів по механічному зневоднюванню осадів, а по другому — розробка і виробництво устаткування для зневоднювання. У рамках першого напрямку в останні два роки введено в експлуатацію чотири комплекси по механічному зневоднюванню осаду.

Для ОСК м. Городець Нижегородської області (продуктивність 17 000 м³/добу, 6 т/добу по сухій речовині осадів) виконане комплексне постачання технологічної лінії для зневоднювання осаду на базі стрічкового фільтрпреса (ЛФП) із шириною полотнин 2 м, виконаний монтаж устаткування і зроблена технологічна наладка процесу зневоднювання. На цьому об'єкті застосоване устаткування, яке зроблене південнокорейським партнером — фірмою АСІ KOREA ІNC.

Для цеху механічного зневоднювання міських очисних споруд каналізації (ОСК) м. Миколаєва (продуктивність 130 000 м³/добу, 24 т/добу по сухій речовині) також застосовано устаткування фірми АСІ KOREA ІNC.

На цьому об'єкті виконаний весь комплекс робіт від вибору устаткування до здачі "під ключ". ЛФП із шириною полотнин 3 м на ОСК м. Миколаєва є самою великою машиною для обробки осадів міських стічних вод у СНД. У цеху механічного зневоднювання осаду Трипільського промвузла (м. Обухів Київської області) реалізовані дві лінії: лінія обробки осаду побутових стічних вод із застосуванням двох фільтрпресів виробництва компанії Hans Huber AG (Німеччина) і лінія обробки осаду промислових стічних вод із застосуванням чотирьох ЛФП виробництва ВАТ Бердичівський машинобудівний завод "Прогрес".

Другий напрямок робіт — організація виробництва ЛФП високої якості в Україні почато в зв'язку зі зростаючою потребою в такім устаткуванні. ЛФП є найбільше універсальною машиною для зневоднювання осадів, ефективність експлуатації який мало залежить від стану механічного очищення стічних вод на ґратах і піскоуловлювачах, що дуже істотно для існуючих ОСК. Разом з Бердичівським машинобудівним заводом "Прогрес" була розроблена конструкція ЛФП, що знаходиться на рівні кращих світових зразків.

Реалізація традиційних технологій очищення стічних вод найчастіше не дозволяє задовольнити сучасними нормами якість очищення. Ця обставина висунула в ряд актуальних задачу розробки нових технологій очищення стічних вод. Як ілюстрацію розглянемо рішення цієї задачі на одному зі споруджень продуктивністю 15 000 м³/добу у Російській Федерації [2]. На цьому спорудженні необхідно очистити низько концентровані міські стічні води при високих вимогах до якості їхнього очищення (скидання очищених стічних вод здійснюється в рибогосподарську водойму І категорії).

Після розробки й аналізу безлічі варіантів компонування й оснащення споруджень було прийнято наступні рішення.

Блок механічного очищення прийнятий з барабанних ґрат, зблокований з піскоуловлювачем виробництва компанії Hans Huber AG. Відмінною рисою такого компонування є високоефективне видалення механічних домішок і поділ грубих включень і піску.

Наступним спорудженням комплексу очищення є анаеробний басейн, основне призначення якого — селекція бактерій, що акумулюють фосфор. Крім того, у цьому басейні здійснюється денітрифікація стічної рідини. Для цих цілей були переустатковані первинні відстійники.

Аеротенки, оснащені системою аерації Екополімер, де відбувається окислювання органічних речовин, амонійного азоту й інтенсивне споживання мікроорганізмами фосфатів. Наприкінці аеротенка встановлений заглибний насос для перекачування мулової суміші в анаеробний басейн.

Вторинні відстійники обладнані мулососами і мулоскребачками з нержавіючих матеріалів.

Блок доочищення виконаний з завантаженням із синтетичних матеріалів з високою питомою поверхнею, що дає можливість забезпечити високий відсоток вилучення зважених речовин при компактних розмірах цього блоку.

Знезаражування очищених стічних вод перед скиданням у водяний об'єкт здійснюється за допомогою сучасних ультрафіолетових (УФ) установок. Обробка осаду стічних вод виробляється на стрічкових фільтрпресах з попереднім ущільненням. Для видалення зі стічних вод фосфору застосоване хімічне осадження з використанням хлорного заліза.

На закінчення відзначимо, що ГК Екополімер в останні два роки збільшила обсяги робіт з раніше початих напрямків, таким як санація і відновлення комунальних трубопроводів; впровадження енергозберігаючих технологій; розробка і реалізація методів очищення висококонцентрованих стічних вод. Також розширили партнерські зв'язки з виробниками сучасного високотехнологічного устаткування в Україні і за рубежем, зріс експортний потенціал компанії [2].

Автори [3] пропонують інтенсивну технологію за таким набором методів: проціджування та піскоуловлювання; змішування з реагентами, відстоювання; біохімічне очищення в аеротенках чи біореакторах; біофільтрування та знезараження стічних вод; ущільнення, зневоднення і знезараження осадів.

Комбіновані схеми очищення стічних вод з аеротенками [3] надані на рис. 1.1—1.4.

 

Рис. 1.1. Комбінована схема очищення стічних вод з аеротенками [3]: 1 — відділення решіток; 2 — піскоуловлювач; 3 — змішувач; 4 — блок приготування та дозування реагентів; 5 — первинний відстійник; 6 — аеротенк; 7 — вторинний відстійник; 8 — ущільнювач надлишко-вого мулу

Рис. 1.2. Схема очищення сильно забруднених вод [3]: 1 — відділення решіток; 2 — піскоуловоювач; 3 — змішувач; 4 — блок приготування та дозування реагентів; 5 — бак суперфосфату; 6 — відстійник; 7 — біореактор першого ступеню (анаеробні умови); 8 — біореактор другого ступеню (аеробні умови)

 

Рис. 1.3. Комбінована схема очищення стічних вод з аеротенками (коагулянт вводиться після аеротенків) [3]: 1 — відділення решіток; 2 — піскоуловлювач; 3 — змішувач; 4 — блок приготування та дозування реагентів; 5 — первинний відстійник; 6 — аеротенк; 7 — вторинний відстійник; 8 — ущільнювач надлишкового мулу

Рис. 1.4. Схема приготування та дозування розчину коагулянтів [3]: 1 — бак зберігання коагулянтів; 2 — бак приготування робочого розчину; 3 — змішувач; 4 — насос—дозатор; 5 — компресор; 6 — відстійник

 

У Чернігові проектна потужність КОС складає 94 тис. м³/добу, а фактична — 84 тис. м³/добу [4]. На КОС діють мулові ставки, з яких стоки потрапляють на преаератори, а потім на первинні відстійники. В 3—х коридорних аеротенках—змішувачах з регенерацією активного мулу підтримується коефіцієнт рециркуляції ≥ 0,7. Доза мулу складає 0,1—0,4 г/л, а муловий індекс — 1500 — 3800 см³/г, відношення БПК_повн / ХПК > 0,8. Необхідні показники очистки не досягаються. Головна причина — розвиток нитчастих бактерій, які мають розвинену поверхню і відповідно велику окислювальну здатність. Нитчастий мул погано осідає, виноситься з аеротенків і тому остаточний вміст забруднюючих речовин в очищених стоках залишається високим. Крім того, якість стічних вод коливається і в них міститься багато специфічних отруйних для мікроорганізмів речовин. Вказується на те, що підвищити ступінь очищення стоків можливо шляхом використання іммобілізованих на інертних носіях форм мікроорганізмів, рециркуляцією муловодної суміші, добавками коагулянтів і флокулянтів. Автори вважають доцільним відновити преаерацію і первинне відстоювання в режимі біофлокуляції. Регенератори забезпечують можливість підвищення концентрації активного мулу в аеротенках, підвищення концентрації нітрифікуючих бактерій і віку мулу, послаблення згубного впливу шокових навантажень на активний мул. Оптимальним значенням коефіцієнта рециркуляції мулу автори рахують 30—50 %.

Пропонується [4]:

– комбінація зваженого і прикріпленого (гранулят, кільця, плівки, волокна і т. ін.) біоценозів в аеротенках, які займають 5 — 20 % об’єму аеротенків;

– реагентна обробка мулової суміші перед вторинним відстоюванням (гідроксіхлориди алюмінію серії ПОЛВАК-68 в кількості 10 — 50 мг/дм³ товарного продукту).

Біологічне віддалення азоту традиційно досягається використанням комбінації аеробних та анаеробних процесів [5]. Стимулом для підвищення об’єму мулу є чергування без кисневих — аеробних умов разом з неповною денітрифікацією при переході форм без кисневої до аеробної [6]. Нітрифікацію ліпше проводити окремо від денітрифікації. Нітрифікацію в реакторі з закріпленою мікрофлорою потребує на 63 % менш вуглецю. Іншими словами, нітрифікацію можна проводити при низьких відношеннях ХСК/N.

Викликає інтерес проведення нітрифікації-денітрифікації разом [6]. Це дає можливість скоротити на 10% капітальні витрати і на 50 % — експлуатаційні. Сповіщається, що три головних фактора, які впливають на ОНД (одночасна нітрифікація-денітрифікація), є величина розчиненої ХПК, концентрація розчиненого кисню (<0,8 мг/дм³) і розмір флокул (> 80 m m) [7].

Проведення процесів нітрифікації-денітрифікації в реакторах з псевдорозрідженим активним мулом потребує, щоб гідравлічний час перебування (ГЧП) складав 8 — 12 годин та ще 4 — 8 годин у вторинному відстійнику [6]. Запропоновано біореактор з псевдорозрідженим активним мулом (БРАМ), в якому нітрифікація-денітрифікація досягнута одночасно з розділенням мулу в одному реакторі з часом контакту менш за 5 годин.

На пілотній установці було досліджено вплив віку активного мулу при трьох його значеннях 15, 37 і 57 діб, а також вплив температури в діапазоні 12—28 °С. У випробуваннях не було досягнуто рівня ортофосфатів менш як 0,1 мг/дм³, який є типовим в очищених водах США. Ортофосфатів було лише 2,6 — 3,9 мг/дм³. Тому додавали FeCl₃ в кількості від 3,3 до 6,8 мг/дм³ і остаточний вміст ортофосфатів був більше як 1 мг/дм³. Для досягнення менш 1 мг/дм³ ортофосфатів було потрібне 72,5 — 80,9 мг/дм³ хлорного заліза. Слід відмітити, що в цих опитах було надмірно високим співвідношення циркулюючого активного мулу і стічних вод (від 1 до 8) [6].

Ця новітня технологія в аеротенку—освітлювачі забезпечує досягнення більше як на 98 % зниження БПК, на 80 — 90 % ХПК, повну нітрифікацію, на 90 % денітрифікацію і на 91 % ефективність віддалення загального азоту при дуже високих гідравлічних (час очистки 4,8 годин) і об’ємних навантаженнях. Приріст активного мулу в двічі менше, ніж в звичайних системах. При температурі нижче ніж 13 °С суттєво знижується швидкість нітрифікації [6].

Відмічається, що органічні речовини використовуються в аеробному процесі, а при денітрифікації потреби в органіці задовольняються розпадом біомаси [6].

Стверджується [8], що застосування реагентів для віддалення фосфору із стічних вод на біологічних очисних спорудах економічно не вигідно. На спеціальному полігоні потужністю 100 тис. м³/добу відпрацьована технологія очистки стічних вод, яка передбачає створення анаеробних і аеробних зон (зон дефосфатації) з обов’язковою денітрифікацією мулової суміші. Відмічається, що активний мул повинен мати визначений вік, якщо треба прискорити процес нітрифікації. Створення анаеробних і аеробних зон веде до зменшенню аеробного мулового віку. Тому потужність споруд знижується на 20 — 30 % від проектного номіналу. Однак, її можна зберегти за рахунок збільшення дози мулу. З метою інтенсифікації процесів біологічної очистки стічних вод розробляються методи застосування поличних модулів у вторинних відстійниках і аеротенках, плаваючого пластикового завантаження [8].

Сольовий амонійний азот викликає вторинне забруднення водойм. В біоставках з природною аерацією нітрифікація йде повільно [9]. Тому в біоставок спробували додавати 500 мг/дм³ тваринного стоку з метою прискорити фізико-хімічні та фотокаталітичні процеси окислення сольового амонійного азоту. Це дає зниження остаточного сольового амонійного азоту приблизно на 50 % за 1 добу.

Вартість обробки осадів складає 30 — 40 % від загальних витрат на очистку стічних вод [10]. На очисних спорудах м. Харкова створюється 1,6 млн. т/рік осадів. Мулові майданчики займають 160 га землі. Осади на мулових майданчиках забруднюють ґрунти, поверхневі і підземні води, атмосферу (сірководень, сульфіди, меркаптани, двооксид вуглецю, продуктами гноєння білків) [10].

За 4,5 місяці фірмою “Полісток” змонтовано в аеротенках очисних споруд 10 км склопластикових аераторів [11]. Експлуатаційні витрати з ремонту 10 аеротенків завдяки склопластикових аераторів знизились на 70 тис. грн/рік. Очікувана економія електроенергії складає 1 млн. кВт/год. Відмічаються переваги склопластиків перед поліетиленовими аераторами: простіше клеєне з’єднання труб ніж різьбове; менше в 1,7 рази кількість з’єднань і опор аераторів; простіше і надійніше конструкції опор і фундаментне кріплення; вартість монтажних робіт в 2 рази нижче; більше тривалість міжремонтного перебігу [11].

Сповіщається про випробування водовідбору на мулових майданчиках за допомогою вакуумного насосу та регенерацію дренажних фільтрів стиснутим повітрям [12]. Було досягнуто зниження вологості осадів до 82 — 84 %. Навантаження на муловий майданчик складає 6 м³/(м²×рік).

Про застосування технології з закріпленої мікрофлорою для очищення стічних вод йдеться в роботі [13].

Пропонується доочистка стічних вод методом біофільтрування крізь затоплену насадку із прикріпленим біоценозом [14]. Досліди проводились на мобільної установці потужністю 4 м³/добу. Біофільтрування можливо крізь повністю затоплений шар з використанням об’ємних пластмасових елементів або через плівкову фільтрацію в повітряно-крапельних умовах. Автори досліджували біоценоз плівкового активного мулу. Сповіщається, що в мулі найбільш густо зустрічались з простіший — безбарвні жгутикові, Zooglea Ramigera, Pamphagus hyalinus, з війчастих інфузорій — Lionotus lamella? Paramecium caudatum, Acpidisca costata, Vorticella microstoma, Vorticella convarsa, Vorticella campanula, Opercularia coarctata, з кололвраток — Philodina, з черв’яків — Nematoda, Diatoma, Synedra, Asterionella.

Полімерний завантажувальний матеріал ОПЕТ виготовлений по формі кілець Рашига, що доповнюються внутрішніми перегородками. Такий матеріал може служити більш 50 років. Після місячної експлуатації установки досягнуті такі результати з якості очищених стоків: завислі речовини до 2,1 мг/дм³, БСК₅ — 2,7 мг/дм³, ХСК — 55,6 мг/дм³, фосфати — 5 мг/дм³, азот амонійний — 0,5 мг/дм³ [14].

Експериментально показана можливість біологічного очищення стічних вод від нітратів у присутності водню, якщо початковий вміст їх в стоках складає 50 — 300 мг/дм³ [15]. Коефіцієнт приросту біомаси склав 0,2 — 0,5 г/(дм³∙добу). Модельна вода була насичена двооксидом вуглецю і збагачувалась фосфором до відношення N:P = 75:1. Адаптацію водневих бактерій проводили в біореакторі з нерухомою керамзитовою насадкою на протязі 30 діб з виходом установки на стабільний режим впродовж 15 діб. Час перебування води в біо реакторі складав від 5 до 8 годин при температурі 17—23 °С, рН 7,5 — 8,5, окислювально-відновний потенціал середовища 150—180 мв, співвідношення водню, двооксиду вуглецю і нітратів 4,20:1,76:1,00. Концентрація водню в газовій фазі 60 %. Остаточний вміст нітратів в очищеній воді був на рівні 7—9 мг/дм³.

Важливою проблемою, яка ще не вирішена, е підвищення рівня каналізування невеликих населених пунктів [16]. Про це свідчить те, що лише 56,8 % селищ міського типу мають централізоване водовідведення і лише 2,9 % сіл. До цього треба додати і той факт, що значна частина міського населення має садово-городні ділянки, на яких відсутні очисні споруди. На міських очисних спорудах спостерігається тенденція до зниження якості очистки стічних вод. Основними причинами зниження якості очистки стічних вод є старіння водоочисного обладнання на станціях в умовах несвоєчасного проведення ремонтних та відновлювальних робіт. На рис. 1.5 показані залежність ефективності очищення стічних вод від строку експлуатації очисних споруд без капітального ремонту [16].

Більшість очисних споруд застосовують біологічний метод очистки в аеротенках, але конструктивно-технологічне оформлення цих споруд відрізняється різноманітністю та недосконалістю. Середній рівень завантаження очисних станцій складає 54 — 68 %, підвищився коефіцієнт нерівномірності подачі стічної води і має місто коливання її якості на протязі доби і в багатьох станціях існує загроза залпових викидів забруднювачів з боку промислових підприємств. Активний мул має найбільшу окислювальну швидкість при сталому режимі роботи аеротенків.

Рис. 1.5. Залежність ефективності очищення стічних вод за БСК від строку експлуатації очисних споруд (узагальнені дані 64 об’єктів Донецької області)

Погіршення якості вихідних побутових стічних вод пов’язується з застосуванням миючих засобів, серед яких зустрічаються бактерицидні.

Система подачі повітря на аерацію в аеротенках недосконала. Наслідком цього є прискорення зносу повітродувок, непродуктивні витрати електроенергії, зниження ступеню очищення стоків. Чим менш розміри повітряних бульбашок, тим більш можливість наситити воду киснем, однак, треба знати, що бульбашки руйнують пластівці, зменшують їх розмір і тому мул важко осідає у вторинних відстійниках.

Таким чином, підсумовуючи вище викладене, можна визначити наступні основні причини зниження ефективності біологічного очищення [16]:

1. Старіння (або знос) аераційного і насосного обладнання, а також технологічного обладнання на стадіях, що передують біологічному очищенню.

2. Неоптимальний режим роботи (значне недовантаження) насосного і аераційного обладнання, яке запроектоване по застарілих методиках і без урахування реальних витрат стічної води.

3. Зростання нерівномірності подачі стічних вод в аеротенки як по годинах, так і протягом однієї години, а також коливання їх складу.

4. Зміна в останні роки складу побутових стічних вод, поява у них токсичних сполук і, зокрема, ПАР, бактерицидних речовин тощо, які навіть у невеликих концентраціях здатні негативно впливати на процес біологічного очищення.

Аналіз вказаних причин дозволяє сформулювати основні напрями удосконалення технології і підвищення ефективності очищення стічних вод, а саме:

– реконструкція та заміна застарілого і аварійного обладнання, а у разі необхідності — модернізація технології очищення та утилізації осадів;

– визначення дійсних (реальних) навантажень на станцію (по продуктивності і концентраціям забруднювачів), в тому числі, їх зміни по годинах та підбір на цій основі відповідного сучасного насосного обладнання;

– розробка і впровадження удосконалених методик підбору технологічного обладнання для станцій очищення стічних вод, зокрема, насосного і аераційного. Слід відзначити, що це питання широко розробляється у ряді країн світу, і на сьогодні вже створено кілька нових методик [17,18];

– впровадження нових методів і технологічних схем очищення або удосконалення вже існуючих з метою створення технології, яка б суттєво не залежала від коливання витрат і складу стічних вод [19];

– вивчення складу і властивостей ПАР (токсичних для мікроорганізмів активного мулу) та інших подібних речовин у стічних водах побутового та змішаного стоків, а також дослідження їх впливу на роботу споруд біологічного очищення. Розробка методів видалення зазначених речовин та підвищення стійкості активного мулу до них. Перспективними у цьому напрямку представляються технології, які включають фізико-хімічні методи очищення (наприклад, обробка коагулянтами), а також комплексні методи фізико-хімічного і біологічного очищення [19];

– вивчення можливості підвищення ефективності біологічного очищення шляхом удосконалення технології аерації та обладнання для її реалізації в промислових умовах;

– використання новітніх біоконвеєрних технологій очищення промислових і побутових стічних вод, а також зливових і природних вод, які передбачають іммобілізацію гідро біоценозів в очисних спорудах на носіях, формуваннях просторової сукцесії та трофічного ланцюга гідробіонтів, що очищають воду [19,20];

Для вилучення іонів важких металів з осадів стічних вод застосовано деякі високомолекулярні хелато створюючи речовини з молекулярною масою від 300 до 10⁵ з нерегулярною структурою [21]. Вони можуть забезпечити видалення з осадів стічних вод до 50 — 60 % Al, Fe, Pb, Cu, Mn, Cr, Sr, Cd, Co, Ca, Mg.

Для підтримки стабільної нітрифікації не дозволяється коливання концентрації Ν—ΝΗ в вихідних стічних водах більш як ±5 % [22].

Очисні споруди м. Новочебоксарська займають 134 га землі і очищають 304 тис. м³/добу стічних вод [23]. Впровадження дрібно-пузирькових аераторів АКВА–ПРО дозволило підвищити ефективність біологічної очистки і знизити споживання електроенергії на 30 %.

На рисунку 1.6 дана принципова технологічна схема очисних споруд м. Новочебоксарська (проект), яка спрямована на підвищення ступеня очистки стічних вод від азоту і фосфатів.

 

Рис. 1.6. Принципова технологічна схема очисних споруд м. Новочебоксарська [23]: 1 — вихідні стічні води першого і другого потоків; 2 — рециркулюючий активний мул; 3 — первинний відстійник; 4 — мулова суміш, що рециркулює; 5 — безкиснева зона аеротенку; 6 — аеробна зона аеротенку; 7 — вторинний відстійник; 8 — очищені стічні води

 

Згідно виконаних розрахунків, доцільно організувати анаеробну зону в первинних відстійниках, а безкисневу і аероб-ну зону — в діючих аеротенках. Заплановано в первинних відстійниках встановити механічні занурені мішалки. Крім того, додатково передбачено впровадження ультрафіолетового знезараження стоків, що дозволить скоротити скид хлору в р. Волга більш як на 0,6 т/добу. На решітках доцільно встановити другу ступінь очистки на решітках з меншими прозорами [23].

Якість очищених стічних вод представлена в табл. 1.2.

 

Таблиця 1.2. Якість очищених стічних вод м. Новочебоксарська до і після реконструкції (проектні дані) [23]

Параметри	До реконструкції	Після реконструкції
1 потік	2 потік
БСК5, мг/дм3	24,76	11,68	До 5,0
NH4–N, мг/дм3	1,77	2,87	0,26
NO2–N + NO3–N, мг/дм3	6,73	4,74	4,92
Фосфор фосфатів, мг/дм3	2,62	1,19	0,8

 

З табл. 1.2 видно про те, що автори реконструкції сподіваються на значне зменшення вмісту азоту і фосфору в очищених стічних водах. Однак, для очисних споруд лівого берега м. Дніпродзержинська така схема не враховує неоднорідність вихідних стічних вод за якістю і кількістю.

Характерним для всіх технологічних схем, які пропонуються для реконструкції біологічних очисних споруд, це чергування анаеробних і аеробних зон в аеротенках [24]. При цьому перевага віддається чотирьохступеневим схемам аеротенків. За розрахунками, найбільш привабливою є схема з чотири стадійним процесом зі ступінчастою аерацією, яка зображена на рис. 1.7.

Згідно цієї схеми циркулюючий мул проходить в аеротенку спочатку зону перемішування, потім зону аерації, далі знову зону перемішування і наприкінці зону аерації. Тому під час розробки заходів для реконструкції очисних споруд лівого берега м. Дніпродзержинська нами враховано цей факт. Вона дозволяє при дозі активного мулу 3275—3818 мг/дм³ зменшити вміст азоту і фосфору до таких значень, мг/дм³: NH₄–N — 0,3; NO₃–N — 4,46; PO₄–P — 0,001—0,5.

 

Рис. 1.7. Принципова технологічна схема біологічних очисних споруд, яка забезпечить найбільш високу ступінь очистки стічних вод від азоту і фосфору [24]: 1 — вихідні стічні води; 2 — циркулюючий активний мул; 3, 4 — мішалки; 5 — повітря: 6 — надлишковий активний мул; 7 — очищені стічні води; М1, М2 — зони перемішування; А1, А2 — зони аерації

 

Однак в цієї схемі, як і в інших схемах, що описані в роботі [24], передбачено хімічне доочищення стічних вод від фосфору. Це можна пояснити тим, що європейські вимоги до якості очищених стічних вод, мг/дм³, доволі жорсткі (NH₄–N < 0,4; NO₃–N < 9,1; PO₄ – P < 0,2).

Відмічається, що на очисних спорудах малої пропускної здатності коефіцієнти нерівномірності притоку стічних вод сягають 1,8 — 2,9 [25]. Це вкрай негативно впливає на очистку з-за великого виносу активного мулу з вторинних відстійників в моменти пікового надходження стічних вод. Наслідком цього явища є малі дози активного мулу і низька окислювальна здатність його. В холодний час року при мінімальному притоку стічних вод в ночі температура стічних вод на очисних спорудах знижується нижче 10 °С і біологічні процеси практично повністю припиняються.

В деяких містах очисні споруди сильно перевантажені [26]. Технологічна схема включає піскоуловлювачі, первинні відстійники, аеротенки і вторинні відстійники. Осад після решіток вивозиться на звалище, а пісок віддаляється на піскові майданчики. Надлишковий активний мул подається в первинні відстійники. Суміш сирого осаду і активного мулу з первинних відстійників піддається дегельмінтації водяною парою при температурі 70 °С. Показники якості вихідних і очищених стічних вод надані в табл. 1.3.

 

Таблиця 1.3. Показники якості вихідних і очищених стічних вод на очисних спорудах в Ставрополі [26]

 

Показники	Вхід	Вихід	Норма на скид
ВВС	ПДС
БСКповн, мг/дм3	—	—
БСК5, мг/дм3	92,14	11,34	—	—
Завислі речовини, мг/дм3	135,8	11,5
Азот амонійний, мг/дм3	14,45	2,42	2,18	0,39
Азот нітритний, мг/дм3	0,17	0,14	0,35	0,006
Азот нітратний, мг/дм3	0,32	9,02	9,03	9,03
Фосфор фосфатів, мг/дм3	1,56	1,69		0,2

 

В первинних відстійниках спостерігається зниження мінеральних форм азоту, ХПК і БПК₅. Намічено модернізацію очисних споруд, за якою буде в первинних відстійниках аеробна зона, а в аеротенках аноксидна та аеробна зони, включення в роботу метантенків, обробка активного мулу хлорним залізом і ущільнення.

Циркуляцію всього активного мулу передбачено через первинні відстійники, аеротенки і вторинні відстійники. Всі дренажні води з метантенків, мулоущільнювачів, піскових і мулових майданчиків передбачено прямувати в первинні відстійники. Обов’язковим є вузол обробки очищених стоків хлор-ним залізом з метою зниження в них фосфору.

Згідно проекту якість очищених стічних вод буде такою, як показано в табл. 1.4.

 

Таблиця 1.4. Проектні показники якості очищених стічних вод на очисних спорудах в Ставрополі [26]

 

Показники	Вхід	Вихід	ПДС
Азот амонійний, мг/дм3	2,35	0,1	0,39
Азот нітритний і нітратний, мг/дм3	9,3	8,3	9,04
Фосфор фосфатів, мг/дм3	1,73	0,2	0,2