Диссертация (1141476), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В рамках исследованияподобных выбросов группой австралийских ученых рассмотрены параметрыбиологических систем, работающих в режиме симультанной нитрификации,денитрификациииудаленияфосфора(Simultaneousnitrification-denitrification-phosphorus removal – SNDPR) [100]. Для достижения эффектаодновременного удаления азота и фосфора необходимо было обеспечитьусловия, при которых фосфат-аккумулирующие бактерии (ФАБ) смогли бынакапливатьлетучиеполигидроксиалканоатовжирные(ПГА).кислотыИсследование(ЛЖК)показаловформевозможностьиспользования внутриклеточных ПГА, накапливающихся в анаэробныхусловиях, в качестве источника углерода для процессов денитрификации.Оставшаяся в воде органика используется как источник питания приаэробной нитрификации, таким образом, в реакторе протекают все триреакции без дополнительных углеродных подпиток.
Дополнительно былоустановлено, что снижение уровня растворенного кислорода в воде восновном влияло на окисление нитритов, окисление аммония сохранилось навысоком уровне.Важное исследование было проведено китайскими учеными подруководством Гуй-бинь Чжу [143]. Исследователями впервые были полученылинейныезависимостиэффективностиконцентрацииодновременнойрастворенногонитрификацииикислородаиденитрификацииследующего вида:ΔNO x − N= 0,07727DO + 0,53346ΔNH 3 − N(1.3)где ΔNO x − N — образование нитритов и нитратов из аммония,ΔNO 3 − N — удаление нитратов, DO — концентрация растворенногокислорода.
В работе поставлено под сомнение физическое объяснение30процесса одновременной нитрификации и денитрификации, посколькуполучилось достичь стабильного процесса при довольно маленьких размерахфлоккул (на уровне 7,5 мкм).В свою очередь [124] было предложено уравнение для оценкиэффективности процесса ОНД:ЭОНД = (1 −NO −x exNH 4+ окисл.) ⋅ 100(1.4)−где NO x ex — ионы нитратов или нитритов, оставшиеся после ОНД в+выходящей сточной воде, NH 4 окисл. — ионы аммония, окисленные при ОНД.Хименес, Ботт, Регми и Ригер из разных организаций и университетовСША и Канады развивают идею применения нитратации при одновременнойнитрификации и денитрификации и предлагают исследовать методытехнологического контроля нитратации-денитратации [82]. Как и авторыболее ранних исследований они отмечают снижение затрат на аэрациюпримерно на 25% и снижение потребления органического субстрата(выраженного в ХПК) более, чем на 40%, что позволяет реализовыватьполный процесс удаления азота при соотношении БПК/N на уровне 2,9.Исследователи говорят, что на эффективность процесса одновременнойнитрификации и денитрификации в значительной мере влияют макроусловия(конфигурация биореактора и режим перемешивания), микроусловия(размеры флоккул активного ила), концентрация растворенного кислорода ибиодоступность углерода.
Авторами предложены три стратегии для контроляпроцесса: постоянно низкая концентрация растворенного кислорода (науровне 0,5 мг/л), контроль, основанный на концентрации ионов аммония иконтроль по концентрации ионов аммония с подавлением нитритокисляющих бактерий. По результатам исследования сделан вывод, что дляпроцесса нитратации-денитратации предпочтительной стратегией контроляявляется контроль по ионам аммония с подавлением нитрит-окисляющихбактерий,адляклассическойодновременнойнитрификациии31денитрификации (денитрификация через нитраты) при равных показателяхэффективностипроцессаОНДстратегияконтролячерезизмерениеконцентрации ионов аммония приводит к гораздо более качественномуактивному илу и значительно снижает риск возникновения нитчатоговспухания по сравнению со стратегией контроля через поддержаниестабильно низкой концентрации растворенного кислорода.стратегиизаключалсявследующем—контрольцикловПротоколаэрацииосуществлялся исходя из среднего содержания ионов аммония в биореакторе.Когда концентрация аммония достигала минимума, равного 0,5 мг/л, подачавоздуха через систему аэрации прекращалась.
Когда концентрация аммонияповышаласьдомаксимальногозначения1,0мг/л,подачавоздухавозобновлялась. При этом максимальная концентрация растворенногокислорода в биореакторе была установлена на уровне 0,8 мг/л. Этоисследование несомненно является важным для развития технологии ОНД,поскольку основная проблема низкокислородных методов биологическойочистки заключается как раз в высокой вероятности возникновениянитчатого вспухания, и одним из наиболее вероятных методов ее решенияявляется разработка новых стратегий контроля как пуско-наладки, так инормальной эксплуатации [139].В качестве одного из методов подобного контроля предложенорегулирование удельной нагрузки на активный ил по органическимзагрязнениям [52].
Повышение удельной нагрузки по органике приводит кувеличению эффективности ОНД. В случае опасности нитчатого вспуханияактивный ил стабилизируется.Но всё же процесс ОНД интересен в том числе возможностьюэффективной реализации при минимальных значениях соотношения БПК/N.Исследователи во главе с Андре да Канто отмечают, что в ходе ОНДзатрачивается меньше на 22-40% органического субстрата, прирост биомассыснижается на 30%, меньшее влияние на ход процесса оказывает щелочностьсреды, снижаются объемы сооружений, а также затраты электроэнергии на32аэрацию [50].
Исследователям удалось достичь удельной величины удаленияобщего азота 0,072-0,121 кгN/м3/сут при соотношении БПК/N в диапазоне2,7-4,9. Чзан в своей экспериментальной работе подтвердил возможностьэффективного процесса одновременной нитрификации и денитрификациипри удельной нагрузке на активный по органике на уровне 0,1 г/г∙сут [141].Юнчжен Пэн, Хунсюнь Хоу, Шуан Ванг и Ювэй Цуй из ведущейлаборатории технологии восстановления водных ресурсов ПекинскогоТехнологического Университета, а также Чжиго Юань из «AdvancedWastewater Management Centre (AWMC)» Квинслендского университетаразрабатывают системы глубокой очистки сточных вод с применениемциркуляционных окислительных каналов [135].
Ими проведено исследованиесистемы совместного удаления азота и фосфора в анаэробно-аноксидныхусловиях. Данный процесс назван «Simultaneous nitrification, denitrificationand phosphorus removal (SNDPR)». Исследование было проведено напилотной установке с анаэробной, аноксидной и аэробной зоной с объемамисоответственно 7, 21 и 280 литров.Установка работала на городских сточных водах с расходом 336 литровв сутки.
В ходе работы удалось достичь эффективности 80% по общему азотуи 85% по фосфатам. Увеличение интенсивности аэрации вело к резкомунарушению стабильности процесса SNDPR и эффективность очистки падалас 80% до 20% и менее. Исследователям удалось установить соотношениемежду количеством нитратов на разных стадиях очистки и эффективностьюудаления фосфора. Определение и практический расчет скорости процессаОНДв циркуляционном окислительном канале открывает широкиеперспективы для дальнейших исследований.При эксплуатации сооружений, в частности ЦОК, работающих врежиме ОНД, бывает недостаточно контролировать процессы нитрификациии денитрификации, измеряя только концентрацию растворенного кислорода вводе.
Согласно данным различных исследований намного эффективнеесочетать эти измерения с одновременным контролем окислительно-33восстановительного потенциала [48; 53]. Применение этой методикипозволяет значительно повысить эффективность удаления соединений азотав ЦОК. Исследования Г. Бертанца проводились для режима продленнойаэрации (более 5 суток). Эксперимент проводился как на реальной, так и наискусственной воде. По результатам многолетнего исследования авторсделал вывод, что использование технологии одновременной нитрификациии денитрификации на городских очистных сооружениях позволяет экономитьэлектроэнергию вплоть до 50%, а отсутствие денитрификаторов сокращаетобъем биореактора на 20%.
Предложенным нововведением стал контрольработыаэраторапозначениямокислительно-восстановительногопотенциала. Оптимальным диапазоном были выявлены значения 120 —180 мВ при параллельном контроле концентрации растворенного кислорода.При таких условиях в работе реакторов не было замечено аккумуляциинитритов вследствие неполной нитрификации.Именно поиску наиболее оптимальной концентрации растворенногокислорода для одновременной денитрификации и нитрификации посвященымногие работы современных исследователей. Группа ученых из Китаяпровела комплексные исследования ОНД в условиях окислительного каналав лабораторных, полупроизводственных и реальных условиях [81].
В работерассмотрены несколько режимов подачи сточных вод в окислительный каналпри разных концентрациях кислорода и времени пребывания сточных вод всооружении. Установлено, что наиболее эффективно ОНД происходит приначальном прохождении сточными водами небольшой аноксидной зоны напрямом участке окислительного канала.Исследование одновременной нитрификации и денитрификации вклассическом циркуляционном окислительном канале («Pasveer OxidationDitch») было выполнено международной исследовательской группой наполупроизводственной модели ЦОК, сконструированной доктором АалеПэсфиром в начале шестидесятых годов в исследовательских целях [70].Канал объемом 150 м3 был оборудован механическими аэраторами, что34создавало неравномерность содержания растворенного кислорода по длинебиореактора и, соответственно, определенные аноксидные и аэробные зоны.Исследование проводилось в том числе в зимних условиях при низкихтемпературах окружающей среды, температура иловой смеси достигала 1°С.В ходе эксперимента была достигнута эффективность нитрификации более95% при средней концентрации растворенного кислорода около 1 мг/л итемпературе выше 4°С.
При более низких температурах было отмеченоявление аккумуляции нитритов (до 6,7 мг/л) вследствие неполнойнитрификации. Эффективность денитрификации показала низкие значенияиз-за увеличенной концентрации растворенного кислорода — удалениеобщего азота оказалось на уровне 45%. В целом, авторами данырекомендациипоувеличениюаноксидныхзонвциркуляционномокислительном канале и, возможно, созданию там контактных зон сприкрепленнойбиопленкой,чтодолжноповыситьинтенсивностьденитрификации и стойкость к нитчатому вспуханию.ВопросыэффективностипроцессаОНДвциркуляционныхокислительных каналах рассмотрены в работе группы ученых подруководствомЛю[92].Былаизученаработанесколькихвидовокислительных каналов при различных технологических условиях, и сделанвывод, что оптимальная концентрация растворенного кислорода дляэффективного процесса ОНД, так же, как и для других процессовбиологической очистки сточных вод, определяется в зависимости оттемпературы реакции и удельной нагрузки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
