Удаление из сточных вод соединений фосфора

2.37. Одним из приемов предупреждения эвтрофирования водных объектов является удаление из очищенных сточных вод фосфора. В процессе обычной биологической очистки соединения фосфора удаляются не полностью. Благодаря бактериальному воздействию полифосфаты превращаются в ортофосфаты. Если в неочищенных исходных городских сточных водах примерно две трети общего содержания фосфора обусловлено присутствием полифосфатов, а одна треть ортофосфатов, в биологически очищенных сточных водах имеет место обратное соотношение.

Для удаления из сточных вод соединений фосфора применяют реагентную обработку, в процессе которой снижение содержания ортофосфатов происходит в результате химического взаимодействия вводимого реагента с ионами РО с образованием нерастворимых соединений, выпадающих, в осадок, и в результате сорбции, соединений фосфора хлопьями гидроксидов металлов.

В качестве реагентов могут быть использованы традиционные минеральные коагулянты, применяемые в практике водоподготовки: сернокислое железо Fe³⁺, сернокислый алюминий, железный купорос. Можно также использовать отходы производств, содержащие соли Fe²⁺, Fe³⁺ и Al³⁺, не токсичные для биологического процесса.

Иногда в качестве реагента применяется известь. Однако из-за необходимости повышения величины рН воды до11 и последующей нейтрализации очищенных сточных вод, а также возможного образования отложений: углекислого кальция на поверхности трубопроводов, загрузке фильтров предпочтение следует отдавать алюминий- или железосодержащим реагентам.

При введении реагентов на ступени механической очистки сточных вод, т.е. при предварительном осаждении соединений фосфора, одновременно имеет место значительное снижение концентрации органических и других загрязняющих веществ. Поэтому предварительное осаждение фосфатов целесообразно применять для очистки производственных и смеси городских и производственных сточных вод с величиной БПК_полн более 400 мг/л, а также при перегрузке очистных сооружений.

Практически для удаления из сточных вод соединений фосфора применяется биолого-химическая очистка. При биолого-химической очистке традиционные схемы сооружений биологической очистки (с заключительным фильтрованием сточных вод или без него) дополняются реагентным хозяйством, включающим растворные и расходные баки для коагулянтов и помещение для их хранения. Указанное реагентное хозяйство рассчитывается в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84.

Доза реагента при его введении в сточные воды на ступени биологической очистки определяется по формуле

C_реаг = КС_Робщ, (71)

где К - коэффициент увеличения стехиометрического соотношения, вычисленный с учетом определения по стандартным методикам содержания общего фосфора (по РО ) и металлов реагента (по оксиду металла Ме₂О_з), принимается по табл.24; С_Робщ - концентрация общего фосфора в поступающей воде, мг/л. При отсутствии данных о концентрации в поступающей воде общего фосфора, ориентировочно может быть принято С_Робщ = (2 - 3) , где - концентрация фосфатов в поступающей воде мг, РО .

Таблица 24

Эффективность удаления общего фосфора, %	Величина К при применении
сернокислого железа II	сернокислого железа III	сернокислого алюминия
	0,33	0,15	0,35
	0,5	0,25	0,4
	0,66	0,33	0,5
		0,5	0,65
	1,34	0,66	0,74
	1,67		0,9

Учитывая возможное угнетение микроорганизмов активного ила при введении реагентов в иловую смесь, не рекомендуется принимать дозы сернокислого железа (II) более 25 мг/л по Fе₂О_з; сернокислого железа (III) более 15 мг/лпo Fе₂О_з; сернокислого алюминия более 18 мг/л по Al₂O₃.

С целью эффективного использования реагента и с учетомеговлияния на активный ил рекомендуется введение сернокислого железа (II) - в начало аэротенка либо во флотационную емкость, сернокислого железа (III) - перед вторичным отстойником, сернокислого алюминия - в конец аэротенка.

При использовании в качестве реагента сернокислого алюминия для уменьшения концентрации взвешенных веществ в очищенной воде следует добавлять полиакриламид (ПАА). Ориентировочная доза ПАА 0,2-1 мг/л. Введение раствора ПАА осуществляется в иловую смесь перед вторичным отстойником.

При наличии в схеме очистки сточных вод на завершающем этапе фильтров с повышенной грязеемкостью (например, гравийно-песчаных фильтров с восходящим потоком воды) применение ПАА не обязательно.

Введение реагента на ступени биологической очистки позволяет снизить содержание в воде общего фосфора до 85 %, растворимых фосфатов до 95 %. Более глубокое удаление общего фосфора (до 90-95 %) достигается в процессе доочистки сточных вод фильтрованием. Введение реагента должно учитываться при определении объема аэротенка изменением зольности ила (коэффициент b) и удельной скорости окисления (коэффициент т). Тогда формула (48) п. 6.143 СНиП 2.04.03-85 определения продолжительности аэрации примет вид

t_atm = (L_en-L_ex) /a_i (1 - s) m, (72)

где a_i - доза ила, принимается по табл. 25; s - зольность ила; b - поправка за счет введения реагента, принимаемая по табл. 26.

Удельная скорость окисления, мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч, определяется по формуле (49) СНиП 2.04.03-85.

Таблица 25

Доза реагента по Ме2О3 мг/л	Рекомендуемая доза ила аi г/л, в зависимости от БПК, поступающей в аэротенк сточной воды Len.

Примечание. При применении сернокислого алюминия или сернокислого железа (III) дозу ила принимать не более 5 г/л.

Таблица 26

Реагент	b при дозах реагента в Ме2О3/л
При применении сернокислого железа (III)
1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
При применении других реагентов	1,07	1,15	1,2	1,22	1,22

Коэффициент, учитывающий изменение скорости окисления органического вещества за счет введения реагента по отношению к скорости окисления при биологической очистке, т, принимается по табл.27 в зависимости от нагрузки по коагулянту N_коаг, мгМe₂О_з/г беззольного вещества ила, рассчитанной по формуле

N_коаг = С_реаг/аi(1- s), (73)

Удельный расход воздуха, м³/м³, сточной воды определяется по формуле (61) СНиП 2.04.03-85. При этом в схеме с введением железного купороса средняя концентрация кислорода в аэротенке принимается равной 5 мг/л.

Таблица 27

Nкоаг
т	0,68	0,78	0,84	0,95		1,08	1,16	1,24

Рециркуляционный расход активного ила ориентировочно принимается в зависимости от рабочей дозы ила в аэротенке и дозы возвратного ила по данным табл. 28.

Таблица 28

Рабочая доза ила в аэротенке, г/л	Схема с введением
железного купороса	сернокислого железа (III) или алюминия
доза, г/л	рециркуляция, %	доза, г/л	рециркуляция, %
			6,5
	11,5		8,5
	11,5		10,0
	14,0		-	-
	14,0		-	-

Перекачку возвратного ила рекомендуется осуществлять эрлифтами, что предупреждает излишнее дробление хлопка ила, создает большую аэробность системы и является более экономичным способом перекачки ила по сравнению с центробежными насосами. Выполнение этой рекомендации особенно важно при применении в качестве реагента сернокислого алюминия. Реагент вводится в аэротенк в виде раствора.

При применении гравийно-песчаных фильтров с восходящим потоком воды в схеме биолого-химической очистки расчет фильтров производится:

в схеме с введением сернокислого закисного железа перед аэротенком - по параметрам безреагентного фильтрования;

в схеме с введением сернокислого окисного железа перед вторичным отстойником или сернокислого алюминия в конце аэротенка следует принимать скорость фильтрования в рабочем режиме 9-10 м/ч, при форсированном 11-12 м/ч.

Промывку следует предусмотреть 2-3 раза в сут.

При расчете сооружений по обработке осадка необходимо учитывать увеличение массы сухого вещества активного ила в связи с образованием дополнительного химического осадка, количество которого на 1 мг/л Ме₂О₃ составляет 1 % прироста активного ила, рассчитанного по п. 6.148 СНиП 2.04.03-85.

Однако, несмотря на увеличение массы ила, объем избыточного ила сокращается в 1,5 раза в связи с лучшей способностью осаждаться. Активный ил обладает хорошими водоотдающими свойствами, аналогичными свойствами осадка после аэробной стабилизации.

Введение реагента на ступени биологической очистки не влияет на протекание процессов сбраживания осадков в метантенках. При механическом обезвоживании биолого-химических илов с применением реагентов расход последних можно сократить до 30 %.

Пример расчета аэротенка при биолого-химической очистке сточных вод с введением в аэротенк сернокислого железа

2.38. Исходные данные: расчетный расход сточных вод q_W = 4160 м³/ч; БПК_полн начальное и конечное L_en = 200 мг/л и L_ex = 15 мг/л; содержание взвешенных веществ С_сдр начальное и конечное 150 и 15 мг/л; содержание общего фосфора поступающей воды 16 по РО ; требуемая доза реагента С_реаг = 1 16 = 16 мг/л; К = 1 - по табл. 24.

Необходимо удалить 75 % общего фосфора.

При исходной БПК_полн = 200 мг/л и необходимой дозе реагента 16 мг/л согласно табл. 25 биолого-химический процесс целесообразно вести при дозе активного ила a_i = 6 г/л. При этих параметрах увеличение зольного ила принимаем по табл. 26, = 1,3, т. е. зольность ила будет 0,3 ^. 1,3 = 0,39.

Нагрузку по коагулянту определяем по формуле (73)

N_коаг = 16/6(1-1,3×0,3) = 4,4мг/г.

По табл. 27 коэффициент изменения удельной скорости окисления органических загрязнений при N_коаг = 4,4 мг/г составит m = 1,04.

Скорость окисления органического вещества при биологической очистке определяем по формуле (49) СНиП 2.04.03-85

= 85 ^. 15 ^. 5/[(15 ^. 5+33+0,625 ^. 15)(1+0,07 ^. 6)] = 18 мг^.БПК_полп/(г. ч).

где = 85 мг ^. БПК_полн/(г×ч); С_о = 5 мг/л (использование железного купороса); К_i = 33 мг ^. БПК_полн/л; К_о = 0,625 мг/л; = 0,07 л/r.

Удельная скорость окисления органических веществ при биолого-химической очистке m = 18 ^. 1,04 = 18,7 мг БПК_полн/(г×ч).

Расчет периода аэрации в аэротенках производим по формуле (72)

t_atm = (200-15)/6(l-0,39) 18,7 = 2,73 ч.

Рециркуляцию ила принимаем по табл. 28 - 75 %. Тогда прирост ила составит 1,16 (0,8×150+0,4×15) = 145 мг/л.

В заключение определяем количество реагента для расчета реагентного хозяйства при содержании 52 % FeSO₄ в техническом железном купоросе (Р_ренг) по формуле

Q_ренг = q_W С_реаг/Р_ренг = 4160×16×1,9×100×24/52×1000×1000 = 5,76 т/сут.