Диссертация (1141476), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Чрезмернаяаэрация значительно снижает эффективность удаления азота и фосфора, приэтом на станции возникают неоправданные эксплуатационные расходы. Всвязи с этим проводится множество исследований как по физико-химическимсвойствам процессов массопереноса кислорода из пузырьков воздуха в водупри очистке сточных вод в циркуляционных окислительных каналах, так и поразработке технологических схем, предусматривающих создание аэробных,аноксидных и анаэробных зон в циркуляционных окислительных каналах,подобно технологическим схемам аэротенков [6; 94; 135].Исследователямиочистнымиизучаютсясооружениямиспособыплощадей.Этауменьшенияцельзанимаемыхдостигаетсялибо23конструированием специальных совмещенных с вторичными отстойникамиокислительных каналов, каналов, работающих в вертикальной плоскости,либо разработкой систем циркуляционных сооружений, работающих попринципу SBR-реакторов [90; 129]. Учеными из исследовательского центракитайской академии наук была предложена система T.O.D.
(Trireme OxidationDitch), совмещающая в себе окислительный канал с вертикальнымциркуляционным потоком и интегрированный вторичный отстойник [132].По словам разработчиков, по сравнению с окислительными каналамиклассической конструкции, данная система позволяет экономить до 50%занимаемых площадей и до 40% потребляемой электроэнергии.Самохвалова, В.О. Юрченко, В.Г.
Зайцева и А.С. Куксова изХарьковского национального университета строительства и архитектурыпредлагают комбинированную модель циркуляционного окислительногоканала [36]. Данная модель включает в себя помимо аэрационногосооружения также площадку обезвоживания иловой смеси. Аэрацияжидкостивоздухомвканалепроизводитсяструйнымисифоннымиаэраторами шахтного типа новой конструкции.
При этом происходитинтенсификация очистки сточных вод, снижение энергозатрат (благодаряиспользованию новой конструкции аэраторов) и уменьшение площадиочистных сооружений за счет размещения иловой площадки в серединециркуляционного окислительного канала. Конструкции с встроеннымивторичнымиотстойникамипредполагаютиспользованиеособыхгидравлических режимов сооружения, в ряде случаев искусственносоздаются вертикальные потоки в профиле канала [89]. При работециркуляционного сооружения в режиме SBR период аэрации в каналепоследовательно чередуется с периодом отстаивания.
После этого верхнийслой осветленной жидкости отводится из реактора, часть активного ила иокисленного осадка удаляется на дальнейшую обработку, а часть илаостаетсявканалекаквозвратныйактивныйил.Циркуляционныеокислительные каналы, работающие по принципу реакторов переменного24действия, рассматриваются как универсальные сооружения, способныерешать широкий ряд вопросов.
Манциарас с коллегами из НациональногоТехническогоуниверситетаАфинпровелтщательноефизико-математическое моделирование работы такого окислительного канала [97].По результатам исследования было выявлено, что наилучших результатов поудалению азота можно достичь при продолжительности полного цикла tc в70-120минутиотношенияхкобщейпродолжительностициклапродолжительности нитрификации tn/tc = 0,5-0,66 и продолжительностиденитрификации td/tc = 0.5-0.34.
Дополнительно была проведена работа поустановлению параметров кинетических системы, на основе которых можносоставлятьпервуюитерациюмоделиASMдляциркуляционныхокислительных каналов[97].Несмотря на то, что в настоящее время разрабатываются различныесистемы аэрации и перемешивания для циркуляционных сооружений, наобъектах устанавливается новое оборудование, системы пневматическойаэрацииимешалкисвозможностьютонкойнастройки,скоростьгоризонтального потока в аэрационном сооружении циркуляционного типа вбольшинстве случаев не позволяет создавать раздельные кислородные зонытак, как это возможно в аэротенках-вытеснителях. В связи с этимпредставляется перспективным исследование процесса одновременнойнитрификации и денитрификации.1.3. Одновременная нитрификация и денитрификацияПроведениепроцессоводновременнойнитрификациииденитрификации – это явление, являющееся альтернативой создания вочистном сооружении макрозон с различными кислородными режимами.Особоезначениеоноприобретаетваэрационныхсооруженияхциркуляционного типа, где создание соответствующих зон затрудненовысокойскоростьюциркуляционногопотока[93].Особенностьодновременной нитрификации и денитрификации заключается в том, что двебиохимические реакции — нитрификация и денитрификация — протекают25одновременно в одном и том же реакторе при одних и тех же условиях.
Этотпроцесс также иногда называют «аэробной денитрификацией». Основноефизическое объяснение этого явления заключается в том, что ОНДпроисходит внутри биофлокул активного ила в результате распределенияградиентовконцентрациирастворенногокислорода,зависящихотособенностей диффузии и кислородных каналов в структуре хлопка. Вцентре флокул находятся аноксидные микрозоны, в которых гетеротрофныеденитрифицирующиебактерииспособнывосстанавливатьNOxдогазообразного азота в ходе традиционной реакции денитрификации.
Размерфлокул напрямую влияет на объем аноксидных микрозон и, соответственно,на эффективность удаления азота. В поддержку этой теории австралийскимиучеными был проведен эксперимент, в ходе которого средний диаметрбиофлокул активного ила был уменьшен с 80 до 40 микрометров [114].Эффективность удаления общего азота при этом снизилась с 52 до 21 %.Эффективностьнитрификацииприэтомоставаласьпостоянной,следовательно, логично предположение о том, что падение интенсивностиОНД стало результатом уменьшения объемов внутренних аноксидныхмикрозон, а не нарушения жизнедеятельности микроорганизмов из-замеханического воздействия на них.Помимо физического объяснения одновременной нитрификации иденитрификации существует ряд теорий микробиологического характера.Например,высказываютсяпредположения,чтонекоторыеизденитрифицирующих микроорганизмов, участвующих в одновременнойнитрификации и денитрификации, являются автотрофными [118].
Этоозначает, что потребность в легкоокисляемом источнике углерода дляобеспечения эффективной денитрификации в данном процессе снижается,что довольно важно, учитывая низкоуглеродные сточные воды, характерныедля большинства регионов Российской Федерации.26Рисунок 1.2 – Схематическое изображение процесса одновременнойнитрификации и денитрификации [118]Одновременная нитрификация и денитрификация несет в себемножество перспективных возможностей, которые в последнее времяявляются предметом научных исследований.ОсновныемеханизмыОНД,протекающиевциркуляционныхокислительных каналах, были обозначены в 1985 году американскимиучеными Риттманом и Лэнжлендом [116].
Известно, что при концентрациирастворенногокислородавыше0,2мг/лскоростьденитрификациизначительно снижается. Авторам удалось добиться возникновения процессаденитрификации в аэротенке-смесителе путем создания благоприятныхгидравлических условий для образования крупных флоккул активного ила.Концентрации растворенного кислорода достигали уровня 0,85 мг/л, приэтом эффективность удаления азота составила 97,6%. Было установлено, чтообразование крупных флоккул активного ила при стандартных условияхэксплуатации очистных сооружений позволяет значительно повыситьконцентрации растворенного кислорода таким образом, что в тех же27условиях становится возможной нитрификация. Отмечено, что в некоторыхреакторах концентрация кислорода достигала 1,5 — 2 мг/л, при этом в нихпроисходила «аэробная» денитрификация.
Были определены три основныхпринципа ОНД. Во-первых, концентрация растворенного кислорода вжидкости должна быть достаточно высокой для возможности нитрификации.Во-вторых, она должна быть достаточно низкой для того, чтобы в центрефлоккул могли образовываться аноксидные микрозоны. В-третьих, вофлоккуле ила должны быть представлены все необходимые типы бактерий:гетеротрофныебактерии,окисляющиеорганику,гетеротрофныеденитрифицирующие бактерии (Pseudomonas, Archromobacter, Alcaligenes,etc), автотрофные нитрифицирующие бактерии первой группы (Nitrosomonas,Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus) и второй группы (Nitrobacter,Nitrospira, Nitrococcus, Nitrocystis).Процессы одновременной нитрификации и денитрификации такжерассматриваются и в процессах с биопленками. Немецкие ученые К. Хелмери С.
Кунст провели исследования работы дисковых биофильтров приконцентрации кислорода в рабочей среде до 1 мг/л [72]. Эффективностьудаления азота составила 83%. При этом авторы сделали вывод, что процесссвязан не только с наличием аноксидных микрозон в биопленке, но иобусловлен микробиологическими факторами, что стало понятно послелабораторного эксперимента с гомогенизацией биопленки.Большая работа была проведена исследователями из УниверситетаБританской Колумбии в Канаде [142]. Учеными была разработана системабиореактора-смесителя с прерывистой аэрацией (IACM tank), работакоторогоавтоматическиконтролироваласьокислительно-восстановительногопотенциала.припомощиБылоизученоизмерениявлияниевеличины окислительно-восстановительного потенциала при различныхконцентрациях органического субстрата в поступающих сточных водах напроцессы одновременной нитрификации и денитрификации. В качествеосновныхвыводовбылоподтвержденовлияниегетеротрофной28нитрификации на общий процесс удаления азота сточных вод, что объясняетвозможность полной нитрификации при критически низких концентрацияхрастворенного кислорода и достаточном количестве органики.
При этом посравнениюсработойсистемывполностьюаэробныхусловияхэффективность удаления общего азота увеличилась на 35%. В целом дляработы подобной системы была предложена технология переменнойнитрификации и денитрификации, реализация которой нашла применение вSBR-реакторах. Для оптимизации же процесса одновременной нитрификациии денитрификации в ICAM-реакторе было предложено добавление внешнегоисточника углерода.Работа реакторов переменного действия в режиме одновременнойнитрификациииденитрификацииактивноисследоваласьтакжеикорейскими учеными [136].
Ученые решили двигаться в направленииискусственного ингибирования второй стадии нитрификации, тем самымосуществляя процесс неполной нитрификации (нитритации) и последующейденитрификации. Концентрация растворенного кислорода в реактореизменялась в диапазоне от 0,4 до 2 мг/л при среднем значении 1,3 мг/л. Вцелом удалось достичь эффективного удаления азота при пониженномпотребленииорганическогосубстрата(на40%меньше,чемпритехнологических схемах с полной нитрификацией). Похожее исследованиебыловыполненорекомендациидлягруппойисследователейконтроляпроцессаизКитая,разработавшиходновременнойнитратации-денитрификации при помощи измерения окислительно-восстановительногопотенциала [59].Холман и Вэрхам в своем исследовании установили зависимостисовместного удаления азота и органических загрязнений при измененииконцентраций растворенного кислорода с отслеживанием в трекинг-режиме[78].Имибылотмеченпроцесснитратацииприреализациинизкокислородной ОНД и высказано предположение, что это связано с болеенизкимзначениемкоэффициентаполунасыщенияпокислородуу29Nitrosomonas (0,25-0,50 мг/л–1) по сравнению с Nitrobacter (0,72-2,84 мг/л–1).В то же время нитратация может приводить к повышенному выделениюпарникового газа N2O при денитрификации, что крайне негативносказывается на общем экологическом состоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
