О возможностях интенсификации биологической очистки стоков в г. Ташкенте

Ухудшение качества природных вод является одной из ключевых экологических проблем в Узбекистане. Оно во многом обусловлено сбросом недостаточно качественно очищенных сточных вод в водоёмы.

Актуальность проблемы загрязнения по­верх­ностных во­доемов сточными водами связана не только с нарушением природо­ох­ран­ных и рыбо­хо­зяйственных требований, но и с труд­нос­тями, возникающими при подготовке воды для питьевого и промышленного водоснабжения из загрязненных во­доемов.

Достаточно жесткие требования, предъявляемые к ка­чест­ву очищенных сточных вод, принятые в РУз, существуют на фоне ограниченных финансовых воз­мож­­нос­тей предприятий, занимающихся очисткой сточных вод. В связи с этим необходима разработка новых технологических и конст­руктивных решений, позволяющих интенсифицировать процессы очистки сточных вод.

Более 70% сточных вод подвергается биологической очистке в аэротенках, одним их главных элементов которой явля­ется аэрация. Например, все коммунально-бытовые и производственные сточные воды г. Ташкента подвергаются биологической очистке на станциях аэрации. Аэрация сточных вод представляет собой один из наиболее энергоемких процессов – на него приходится около 50% от всех энергозатрат на очистку стоков и 60-80 % от затрат на эксплуатацию аэротенков [3; 4]. При этом аэрация представляет собой наиболее от­ветственный процесс, так как именно от концентрации растворенного кисло­рода и эффективности перемешивания сточной жидкости в большой степени зависит окисление загрязняющих веществ.

На Саларской станции аэрации г. Ташкента процесс очистки проходит этапы отделения крупных примесей на решетках, осаждения взвешенных частиц в первичных отстойниках, биологической очистки в аэротенках, отделения остаточного активного ила во вторичных отстойниках и хлорирования. Станция работает практически без изменений с момент запуска в 1961 г. Реконструкция станции в 2015-2016 гг. была сведена к замене старого, вышедшего из строя оборудования на аналогичное новое. При этом очевидно, что возрастающая нагрузка на очистную станцию за счет сброса в канализацию неочищенных стоков текстильного, кожеобрабатывающего и других производств требует серьезных мер по интенсификации процесса очистки.

Ученые различных стран мира занимаются исследованиями, направленными на интенсификацию процесса биологической очистки, в том числе совершенствованием конструкции аэраторов [6; 3; 4]; способами предварительной обработки сточных вод [1; 5]; активизацией перемешивания обрабатываемой сточной жидкости; вопросами введения в сточные воды биологических препаратов, повышающих окислительную способность активного ила [2]; повышением освещённости аэротенка [2]; применением турбо- и гибридные воздуходувки [6; 7]. Рассмотрим некоторые из этих методов.

Совершенствование конструкций аэраторов. Процесс совершенствования или создание новых конструкций аэраторов и систем аэрации производится обычно эмпирическим путем, при этом улучшение одних показателей работы аэрационной системы как правило приводит к ухудшению других. Например, попытки повы­шения эффективности насыщения воды кислородом единичным аэра­тором приводит к повышению капитальных затрат, неравно­мерности распределения воздуха, низкой производительности единичных аэраторов. Поэтому одновременно с разработкой новых конструкций аэраторов производится совершенствование методов их расчета. Динамическая модель расчета, основанная на законах гидродинамики газожидкостного потока [4], позволяет прогнозировать эффективность различных по конструкции и свойствам аэраторов уже на стадии их разработки.

Дополнительное перемешивание сточных вод. Известно, что эффективность мелкопузырчатых пневматических аэрационных систем (применяемых в том числе на Саларской станции аэрации) обычно не превышает 1,2-1,8 кгО₂/кВт-ч (при максимально возможном показателе 8-9,5 кгО₂/кВт-ч). В качестве наиболее простого способа повышения их эффективности предлагается создание противотока фаз газ-жидкость за счет дополнительного перемешивания аэрационного объема с помощью вихревых эрлифтных устройств [3], которые могут работать в статическом и динамическом режимах. Получаемый эрлифтный эффект приводит к резкому увеличению скорости циркуляционного потока. Принципиальная схема эрлифтного устройства, работающего в динамическом режиме, представлена на рис. 1. При подаче сжатого воздуха в эрлифтное устройство, высота уровня увеличивается с Н_ж до Н_э.

На рис. 2 представлена схема вихревого эрлифтного устройства. Вихревое движение жидкости создается с помощью тангенциально присоединенных к камере входных патрубков. Применение вихревых эрлифтных гидродинамических перемешивающих устройств позволяет устранить недостатки пневмоме­ханических систем аэрации. Поскольку вихревые эрлифтные устройства не содержат вращающихся деталей, процесс их эксплуатации существенно упрощается. Также отпадает необходимость в прокладке силовых кабелей, так как перемешивание жидкости с помощью данных устройств осуществляется за счет энергии сжатого воздуха. Создаваемый вращающийся восходяще-нисходящий поток жидкости в аэрационном бассейне повышает эффективность мелкопузырчатой системы аэрации [3].

Предварительная обработка сточных вод. Одним из наиболее экономичных решений интенси­фикации процесса аэрации является технология предварительной (до поступления в первичные отстойники) обработки сточных вод в вихревых гидродинамических устройствах [1; 5]. Аппаратура для реализации этой технологии не потребует серьезных изменений схемы очистки городских стоков и может быть встроена в существующие типовые решения станций биологической очистки без крупных капитальных затрат. Предварительная обработка позволяет обогатить воду кислородом, а также отмыть мелкие фракции песка от налипших на них органических за­грязнений, что повышает эффективность работы отстойников (улучшается задержание мелких фракций песка), снижает золь­ность осадка и устраняет его загнивание. За счет снижения концентрации минеральных взвешенных частиц в сточных водах, поступающих в аэротенк, заметно со­кра­щается прирост ила, появляется возможность увеличения его возраста с 6-8 до 12-14 суток, при этом содержание аммонийного азота на выходе из аэротенка уменьшается с 2,5-5,1 до 0,6-1,9 мг/л. Благодаря насыщению сточных вод кислородом воздуха повышается их окислительный потенциал [1].

Освещение аэротенков и использование биопрепаратов. Многие методы совершенствования процесса биологической очистки сточных вод связаны с повышением энергозатрат. Возможность интенсификации очистки с одновременным сокра­щением затрат энергии дает технология освещения биомассы активного ила аэротенков в тёмное время суток при снижении интенсивности подачи кислорода. При использовании дополнительного освещения в окислительном процессе активизируется работа водорослей и увеличивается окислительная способность активного ила. Кроме того, ускорить протекание процессов нитрификации (окисление с кислородом воздуха аммонийного азота до нитритов и нитратов) и денитрификации (восстановление нитритов и нитратов до свободного N₂) позволяют биопрепараты (Би-ХЕМ Цесклин, Bacti-Bio и др.), которые работают главным образом в зоне высоких значений окислительно-восстановительного потен­циала при аэробном режиме. При постоянном освещении и без подачи кислорода воздуха идёт процесс денитрификации [2].

Выводы. Учитывая, что капитальная пере­стройка Саларской станции аэрации в настоящее время невозможна, можно сделать вывод, что наиболее перспективным направлением из рассмот­ренных выше для интенсификации очистки является применение вихревых аэраторов и гидродина­мических перемешивающих устройств. Такие устройства помогают повысить эффективность мелкопузырчатых аэрационных систем, поэтому представляются наиболее подходящими для Саларской станции аэрации. Возможно также одновременное применение дополнительного освещения.