Биологическое удаление азота и фосфора из городских сточных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Арапова, Анна Владимировна

• Арапова, Анна Владимировна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Арапова, Анна Владимировна

Введение

I. Литературный обзор

1.1. Биохимия и микробиология процесса нитрификации и 6 денитрификации

1.2. Биохимия и микробиология процесса дефосфотации

1.3. Схемы биологической очистки с удалением азота и 29 фосфора.

1.4. Цель исследования 43 Экспериментальная часть

II. 1. Процесс нитрификации

11.2. Процесс денитрификации

11.3. Процесс дефосфотации

11.4. Методика определения массовой концентрации нитрат- 51 ионов в сточной воде

11.5. Методика определения БПК сточных вод

11.6. Методика определения дозы активного ила

11.7. Методика определения массовой концентрации ионов 54 аммония в сточной воде

11.8. Методика определения общего количества фосфатов 55 методом дифференциальной фотоколориметрии

И.9. Определение кинетических параметров

III. Обсуждение результатов

IV. Расчет параметров 123 Выводы 130 Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биологическое удаление азота и фосфора из городских сточных вод»

Основными задачами при достижении современных требований к качеству очищенной воды являются удаление биогенных элементов. Азот и фосфор являются биогенными элементами, постоянно присутствующих в городских сточных водах.

Удаление биогенных элементов из сточных вод в процессе биологической очистки является одной из основных проблем при очистке сточных вод.

Повышенное загрязнение водоисточников из-за недостаточной мощности и эффективности работы существующих сооружений по очистке сточных вод, их отсутствия в местах расположения промпредприятий, сброс недостаточно или совершенно неочищенных стоков приводит к нарушению санитарно-химического и гидробиологического режимов водных объектов. Повышенное содержание соединений азота и фосфора в сточной воде приводит к зарастанию водоемов (эвтрофикации), что в свою очередь вызывает гибель рыб и других представителей водной флоры и фауны. В связи с этим встает проблема более эффективной очистки сточных вод от соединений азота и фосфора. Из всех возможных методов очистки сточных вод от соединений азота и фосфора (биологические, химические, физико-химические), биологический метод очистки является наиболее эффективным и доступным.

Одним из методов, позволяющих изъять из сточных вод около 85% азота, является последовательное применение процессов биологической нитрификации и денитрификации и дефосфотации. Внедрение технологии нитри-денитрификации и дефосфотации на сооружениях биологической очистки позволяет снизить концентрацию азота и фосфора в очищенной воде до значений ПДК для рыбохозяйственных водоемов.

Целью данной работы стало: интенсифицировать удаление азота и фосфора при биологической очистке городских сточных вод. Для этого: провести кинетические исследования процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации. На основании этих исследовании установить технологические параметры работы аэротенка, обеспечивающие очистку сточных вод до норм рыбохозяйственных водоемов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) определить кинетические характеристики процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации в зависимости от БПК, концентраций кислорода, нитратов, аммонийного азота, фосфатов.

2) установить эффективность удаления соединений азота и фосфора из городских сточных вод при изменении вышеуказанных параметров.

3) на основании полученных кинетических характеристик провести расчеты технологических параметров работы сооружения, при которых возможно достижение норм рыбохозяйственных водоемов.

4) дать математическое описание процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации.

Настоящий этап исследований позволил отработать регламент эксплуатации сооружения в выбранном более эффективном режиме для технологии нитри-денитрификации и дефосфотации.

В главе 1 (литературном обзоре) рассмотрена проблема удаления соединений азота и фосфора из сточных вод городских станций аэрации. Коротко изложена биохимия процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации. Рассмотрены исследования по нитрификации, денитрификации и дефосфотации в различных условиях.

В главе 2 (экспериментальной части) описана методика проведения эксперимента процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации.

Каждый коридор аэротенка рассматривался как ячейка идеального смешения, поэтому эксперименты проводились в емкости, работающей в режиме идеального смешения. Изменение концентрации анализируемых веществ происходит во времени по длине коридора аэротенка. Время нахождения смеси в аэротенке соответствует времени нахождения иловой смеси в экспериментальном реакторе. В каждый конкретный период времени

Биологическое удаление азота и фосфора из городских сточных вод». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. концентрация анализируемого вещества соответствует концентрации этого вещества в аэротенке в той точке аэротенка, которая соответствует времени нахождения в аэротенке. Достоверность экспериментальных данных была подтверждена данными реального сооружения.

Описаны методики определения БПК, дозы ила, нитратов, фосфатов и ионов аммония.

Приведены основные расчетные формулы удельной константы скорости процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации.

В главе 3 проводится обсуждение результатов. Описаны все полученные зависимости и приведены рисунки зависимостей процессов нитрификации, денитрификации и дефосфотации в зависимости от БПК, концентраций кислорода, нитратов, аммонийного азота и фосфатов.

В главе 4 приводится расчет параметров работы сооружения, приведена математическая модель, описывающая процесс биологического окисления.

Заключение диссертации по теме «Экология», Арапова, Анна Владимировна

V. Выводы.

1. В результате проведенных анализов показано, поступающая на очистные сооружения г. Воскресенска сточная вода не очищается от азота и фосфора до требуемых норм рыбохозяйственных водоемов. Определено, что эффективность удаления аммонийного азота составляет около 60%, эффективность удаления фосфора около 30%.

2. Проведенные исследования процессов нитрификации, денитрификации и дефосфатации позволили получить константы скоростей этих реакций, на основе которых рассчитаны рабочие параметры работы сооружения, позволяющие интенсифицировать его работу. Предложен следующий режим работы аэротенка: значение рецикла возвратного активного ила 0,35; значение нитратного рецикла 3,4; соотношение времен аэрации и отсутствия аэрации - 55 и 25 минут соответственно.

3. Показано, что разработанный режим работы сооружения увеличил эффективность нитрификации в среднем на 35%, денитрификации - в среднем на 80%, что позволило достичь ПДК рыбохозяйственных водоемов на выходе из аэротенка.

4. Показано, что изменение конструкции аэротенка, путем организации в первом его коридоре анаэробной зоны, позволило увеличить эффективность дефосфатации до 70%.

5. Установлено, что при рассчитанном режиме работы сократилось время пребывания сточной воды в аэротенке, что позволило сократить расход энергии на аэрацию на 11% и увеличить производительность аэротенка на 11%.

6. Показано, что ПДК рыбохозяйственных водоемов по фосфору можно достичь при доочистке сточных вод с использованием известкового молока или смеси сульфата алюминия и хлорида железа (в соотношении 1:2).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Арапова, Анна Владимировна, 2004 год

1. Интенсификация действующих сооружений систем отведения, очистки сточных вод / Материалы семинара / Москва / Общество "Знание" / 1986г

2. Сагадеева Л.В./Влияние технологических параметров работы сооружений на удаление азота из сточных вод/ Исследования по очистке сточных вод / Сборник трудов №10 / Москва / 1975г

3. Данилович Д.А., Дайнеко Ф.А., Мухин В.А., Николаева Е.Б., Эпов А.Н./Уделение биогенных элементов/ВСТ,№9,1998г.

4. Карюхина Т.А., Яковлев C.B. / Биохимические процессы в очистке сточных вод / Стройиздат / Москва / 1980г

5. Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации / Стройиздат / Москва / 1977г

6. Очистка сточных вод при сбросе в водоёмы и повторном использовании / Материалы семинара / Москва / 1988г

7. Современные методы очистки сточных вод и обработки осадка / Международная конференция 24-26 октября 1995г / Россия, Москва

8. Труды института "ВОДГЕО'УБондарев A.A., Захватаева, Ильинская Н.М., Якунина Л.Н., Очистка сточныхвод от азота путем нитрификации и денитрификации в свободном объеме./ Москва / 1979г

9. Труды института "ВОДГЕО'УБондарев A.A., Захватаева, Ильинская Н.М., Якунина Л.Н., Очистка сточных вод производства кристаллического лизина./Москва/1982

10. Труды института "ВОДГЕО" / Бондарев A.A., Захватаева, Ильинская Н.М., Будько Н.С., Технологический расчет сооружений для биологической очистки сточных вод от соединений азота./Москва / 1983г1. Список литературы¡32

11. Труды института "ВОДГЕО" /Бондарев A.A., Корнеева Е.А., Троян О.С.,Шеломков A.C. Очистка сточнах вод от аммонийного азота /Москва / 1986г

12. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания "Очистка природных и сточных вод'УБондарев A.A. Удаление соединений азота из сточных вод/Москва/1989г.

13. Яковлев C.B. и др. / Биологическая очистка производственных сточных вод / Стройиздат / Москва / 1985г

14. Шлегель Г./Общая микробиология/,М.,1987г.

15. Работникова И.Л./Общая микробиология/Москва/1966

16. Отчет о научно-исследовательской работе "Исследования по удалению азота и фосфора из сточных вод на опытно-промышленной установке'УСанкт-Петербург/1997г.

17. Удаление азота и фосфора из сточных вод Санкт-Петербурга.// Алексеев М.И., Мишуков Б.Г., Гумен С.Г., Васильев Б.В., ВСТ; Водоснабжение и санитарная техника, 1998, №10.

18. Иваненко И.И.// Режим поступления и очистка городских сточных вод от азота и фосфора// автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., - С.-Пб. Государственный архитектурно-строительный институт, С.-Пб., 1999г.

19. Технология биологического удаления азота и фосфора на станциях аэрации// Васильев Б.В., Мишуков Б.Г., Иваненко И.И., Соловьева Е.А., ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника, 2001, №5.

20. Проблемы и тенденции в области удаления фосфора из бытовых сточных вод.// Савельева Л.С., Агевнин А.Р., Эпов А.Н. (МГП «Мосводоканал», Москва,

21. Биологическое удаление азота и фосфора из городских сточных вод».

22. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

23. Россия) ЭКВАТЭК-2000; 4-й Международный конгресс «Вода: экология и технология», Москва, 30 мая-2 июня 2000 г: Тезисы докладов, М., 2000, стр. 570-571.

24. Способ эаробной биологической очистки сточных вод.// Заявка 98116432/12 Россия, МПК7 С 02 F 3/02 Штелер Тео, № 98116432/12; Заявл. 02.09.1998; Опубл. 20.09.2000.

25. Nesbitt F.B.// Removal of phosphorus from Municipal Sewage plant Effenents, Engineering Research Bulletin. B-93, The Pennsylvania State Universine, 1996.

26. Реагентный способ удалеия азота и фосфора из сточных вод.// Гандурина Л.В., Бурцева Л.Н., Штондина B.C., Акимов В.Ю., Рубекин С.Е., Степанов В.А., -ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника, 2001, №6.

27. Очистка сточных вод от фосфора: в порядке обсуждения.// Чернышев В.Н., Куликов Н.И., Ракульцев A.A., ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника, 2001, №1.

28. Содержание азота и фосфора в осветленых сточных водах и возвратных иловых водах// Алексеев М.И., Медведев И.Г., - ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника, 1998, №6.

29. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г.// Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности, М., Химия, 1987.

30. Лукиных Н.А., Залетова Н.А., и др./ Удаление фосфора на станциях биологической очистки городских сточных вод.// Труды V Всесоюзного научного симпозиума по проблемам самоочищения и регулировния. Изд. ВНИИ ВОДГЕО, Таллин, 1975.

31. Липман Б.Л., Мельцер В.З. / Применение физико-химического метода очистки городских сточных вод в сочетании с биологическим для глубокого удаления соединений азота и фосфора. // Сб. "Физико-химические методы очистки сточных вод" Изд. МДНТП, 1975.

32. Артамонов В.И., Липман Б.Л., Мельцер В.З. / Высокопроизводительная биологическая очистка в схеме глубокой очистки сточных вод. Изд. ЦИНИС Госстроя СССР, серия 9, вып. 8, М., 1978.

33. Лукиных Н.А., ЛипманБ.Л., Залетова Н.А./Удаление фосфора из городских сточных вод биолого-химическим методом.// Кн. "Самоочищение и биоиндикация". Изд. "Наука", 1980.

34. Биологическоеудаление азота и фосфора из городских сточных вод».

35. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.1. Список литературы¡36

36. Разумовский Э.С. и др./Рекомендаци по проектированию сооружений биолого-химической очистки городских сточных вод. ОНТИ АКХ, М., 1980.

37. Гюнтер Л.И., Гребеневич Е.В. и др./ Удаление биогенных элементов из городских сточных вод.// Тезисы докладо на 3-м Всесоюзном симпозиуме "Антропогенное эвтрофирование природных вод", Изд. ИОРХ АН СССР, 1983.

38. Гюнтер Л.И., Гребеневич Е.В., Залетова H.A./ Удаление биогенных веществ из городских сточных вод с целью предотвращения загрязнения водоемов.// Изд. МГЦНТИ, "Проблемы больших городов" вып. 16, М., 1983г.

39. Гюнтер Л.И., Гребеневич Е.В., Залетова Н.А./Удаление биогенных веществ из городских сточных вод.// Сб. научных трудов "Рациональное использование воды в городском хозяйстве Москвы", 1989.

40. Шарыгин Ю.М., Зайцев A.B./ Биолого-химическая очистка городских сточных вод.// Журнал "Водоснабжение и санитарная техника", №10, 1986.

41. Исаева Н.В., Залетова H.A. / Эффективные процессы удаления фосфора из городских сточных вод.// Сб.научн. трудов «Эффективные технологические процессы и оборудование для очистки сточных вод», ОНТИ АКХ,М.,1988г.

42. Разумовский Э.С., Залетова H.A. и др./Рекомендации по проектированию сооружений биолого-химической очистки городских сточных вод.// Изд. 2-ое, дополненное. ОНТИ АКХ, М., 1987г.

43. Биологическоеудаление азота и фосфора из городских сточных вод».

44. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.1. Список литературы 137

45. Zaletova N.A. / Municipal Waste Water Treatment to Control Eutrophication of Water Bodies.// A conference on Baltik Sea areas its environment worth protection" Kaserntiyckeriet Karlskrona, Швеция, 1987г.

46. Разумовский Э.С., Залетова Н.А., Гиндин Г.Н., Пантин Г.П.,/ Установка для удаления фосфатов из сточных вод. Пат. N1695630, 1988г.

47. Разумовский Э.С., Залетова Н.А., Жариков Ю.А. /Установка биологической очистки сточных вод. Пат. N1708776, 1988г.

48. Разумовский Э.С., Залетова H.A./Pollution of the Baltik Sea by Municipal Waste water.// Preprint of the statement symposium "The Baltik Sea Polluted Load Monitoring",Tallinn, USSR, 5-9 Apr., 1988

49. Zaletova N.A./ Phosphorus removal technology for municipal wastewater treatment.// Seminar on Nutrient removal from municipal wastewater treatment, 4-6 Sept., 1989, Tampere, Finland.

50. Курова Л.В./ Технология биологического удаления фосфора// Журнал "Инженерная экология" ISS N 0204-3483. Изд. "Инженерная экология", М., РФ, 1995 г.

51. Залетова Н.А./ Удаление биогенных веществ из городских сточных вод. Сб. докл. на 5-ом симпозиуме «Технический прогресс в канализации и очистке бытовых и промышленных сточных вод»,// Варна, 22-25.09.88. Изд. «Строительство и архитектура», София, 1988г.

52. Лукиных Н.А., Залетова Н.А. и др. /Очистка городских сточных вод от биогенных веществ .//Обзорная инф. Серия «Водоснабжение и канализация» МЖКХ РСФСР, АКХ им. К.Д. Памфилова. Ин-т экономики Жилкомхоза, 1989г.

53. Биологическое удаление азота и фосфора из городских сточных вод».

54. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

55. Мельцер В.З., Залетова H.A., Разумовский Э.С., Зайцев A.B. Способ биологической очистки сточных вод. Патент РФ №1699132,1989г.

56. Башкатова JI.B., Залетова H.A./ Очистка сточных вод от биогенных веществ.//Журн. «Жилищно-коммунальное хозяйство», №8, 1990г.

57. Залетова H.A., Разумовский Э.С.,/Технология удаления биогенных веществ из городских сточных вод.//Материалы Ленинградского симпозиума на тему: «Технология очистки сточных вод», Ленинград, 29-30 мая 1990г. Организатор Водоочистной отдел фирмы «Кемира».

58. Разумовский Э.С., Залетова H.A./Удаление биогенных элементов из городских сточных вод.//Журн. «Водоснабжение и санитарная техника», №6, 1991г.

59. Башкатова Л.В., Пятачкова Е.В., Залетова H.A. Способ биологической очистки сточных вод. Патент РФ №4938812, 1991г.

60. Попов В.В., Залетова H.A., Башкатова Л.В./Способ биологической очистки сточных вод. Патент РФ №4938811, 1991г.

61. Пятачкова Е.В., Башкатова Л.В., Залетова H.A. Способ биологической очистки сточных вод. Патент РФ №4938978, 1991г.

62. Залетова Н.А./Удаление биогенных веществ из городских сточных вод.//Тез. Докл. Всесоюзной научн.-технич. Конф. «Повторное использование доочищенных сточных вод», г. Истра, Московской области, 19-21 ноября 1991г.

63. Залетова Н.А./Удаление биогенных веществ из городских сточных вод.// Журн. "Водоснабжение и санитарная техника", №3, 1992г.

64. Залетова Н.А./Удаление азота и фосфора для городских станций аэрации// Журн. «Водоснабжение и санитарная техника», №9, 1993г.

65. Залетов C.B. / Применение иммобилизованной микрофлоры- один из реальных путей решения современных задач очистки сточных вод.// Сборник тез. докл. международного конгресса «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК -96, 1996.

66. Данилович Д. А., Мухин В.А./Удаление биогенных элементов ./ВСТ, №9, 1998.

67. Шмидг Л.И. /Очистка сточных вод. Изд. «Химия», Л., 1977.

68. H. Spanjers. /Respirometry in aktivated sludge/1993.

69. СНиП 2.03.04 85. Строительные нормы и правила. Канализация. Наружные сети и сооружения. М., ЦИТП, 1986.

70. Канализация населённых мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1981.

71. Яковлев C.B., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Калицун В.И. Водоотведение и очистка сточных вод. М., Стройиздат, 1996.Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчётов канализационных сооружений. М., Стройиздат, 1987.

72. Василенко А.И., Василенко A.A. Канализация. Курсовое проектирование. Киев. 1975.

73. Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчётов канализационных сооружений. М., Высшая школа, 1981.

74. ГОСТ12.0.003.-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.

75. Вредные вещества в промышленности. Справочник /под редакцией Н.В.Лазарева.

76. Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности. Справочник/под редакцией Баратова.

77. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. СН 245-71

78. Макаров, Охрана труда в химической промышленности, М, 1989г.

79. Методические указания по определению эколого-экономической эффективности технологических процессов и производств в дипломных проектах и работах. ,М.1985г.

80. Биологическоеудаление азота и фосфора из городских сточных вод».

81. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

82. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды./Экономика/М. 1986г.

83. Закон «Об охране окружающей среды»

84. Постановление Правительства РФ от 28.08.1992 г. №632 «Об утверждении Порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействия»