Исследования эффективности очистки сточных вод г. Чистополя от фосфатов

Л. Ф. Галанцева, С. В. Фридланд

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

г. ЧИСТОПОЛЯ ОТ ФОСФАТОВ

Ключевые слова: сточная вода; биологические очистные сооружения; очистка от фосфатов; стадии технологического процесса очистки воды: предосаждение, постосаждение; оксид кальция; промышленная и природная известь. drainpipe water; biological clearing constructions; clearing from phosphates; stages of tehnologicalprocess of water clearing; predomentation; postsedimentation; calcium oxide; industrial and natural limestone.

Исследован процесс снижения концентрации фосфат-ионов из сточных вод биологических очистных сооружений введением оксида кальция на разных стадиях технологического процесса очистки воды. Показана высокая эффективность применения данного осадителя на стадии постосаждения. Изучено влияние природной извести на эффективность удаления фосфатов.

Process of the reduction of phosphates from sewage of biological clearing constructions by introduction of calcium oxide at different stages of tehnological process of water clearing is tested. High efficiency of application of this reagent at a stage of postsedimentation is proved. The influence of limestone on efficiency of removal of phosphates is studied

Завышенное содержание фосфора в поступающих сточных водах на биологические очистные сооружения (БОС) г. Чистополь не позволяет довести концентрацию РО4" до предельно допустимой нормы в пределах существующей технологической схемы. Подобная ситуация наблюдается на протяжении ряда лет. Фосфор является ключевым компонентом для активного развития водорослей, приводящего к процессу эвтрофикации, который можно предотвратить снижением концентрации фосфат-ионов [1]. Целью данной работы является исследование очистки сточных вод чистопольских очистных сооружений от фосфатов.

Согласно литературным данным для очистки сточной воды от фосфатов применяются, в основном, химические методы. Обычно в качестве осадителей применяют соли алюминия, железа, кальция [2]. Химическое удаление фосфора включает также стадии коагуляции и флокуляции с последующим разделением.

Преимущество процесса осаждения фосфатов ионами Са+, который применяется в виде Са(ОН)2 или СаО, заключается в его надежности при сложном составе сточных вод, незначительной чувствительности к органическим примесям, возможности автоматизации, относительной простоте в эксплуатации и обеззараживающем действии щелочной среды [3]. Так, согласно исследованиям Бузела и Сойера, при доведении рН до 11 происходит снижение Coli-форм до 99 %. При применении солей кальция объем образующегося осадка в несколько раз меньше, чем при осаждении солями алюминия и железа. К тому же, полученный осадок легко подвергается рекуперации [4].

Недостатком применения метода является образование карбонатных отложений на стенках трубопроводов, в корпусе насоса (при введении осадителя до насосов) и кольмата-ция осадка при вводе ионов кальция перед первичными отстойниками [4].

Как известно, процессы очистки воды в зависимости от стадии очистки подразделяются на следующие типы: прямое осаждение (без биологической очистки), предосаждение (осаждение до стадии биологической очистки), одновременное осаждение (осаждение совмещено со стадией биологической очистки), постосаждение (осаждение после биологической очистки) [2]. Каждая из перечисленных стадий имеет свои достоинства и недостатки.

Несмотря на повышение рН < 10.5-11 в результате введения солей кальция до аэро-тенков, финские специалисты сделали вывод, что процесс очистки сточных вод протекает успешно и негативного воздействия на активный ил не наблюдается. Введение кальция на данной стадии технологического процесса (предосаждение) упрощает общую схему удаления фосфат-ионов тем, что активный ил нейтрализует очищенные сточные воды, снижая рН до 8. Предосаждение позволяет сокращать объем аэрационных сооружений на 25 %, как, например, на очистной станции Понтиак (штат Мичиган, США) [4].

Исследования Таллинского политехнического института подтвердили возможность непосредственного введения солей кальция в аэротенк, работающий в режиме продленной аэрации (одновременное осаждение). Например, модифицированный процесс биологической очистки Левина основан на использовании способности активного ила в аэробных условиях потреблять фосфор, а в анаэробных условиях выделять его в жидкость, которая далее будет подвергнута обработке солями кальция. Эффективность изъятия фосфора по данной схеме составляет 90 %. При одновременном, так называемом «сильмутанном» осаждении расход реагента значительно ниже, чем на других стадях очистки, и к тому же отпадает необходимость в нейтрализации, так как высокощелочная иловая жидкость сбрасывается в поток сточных вод перед аэротенками [4].

Обработка биологически очищенных сточных вод ионами кальция (постосаждение) была испытана в Вашингтоне (США). Удаление фосфора на данной стадии очистки составило 95 %. Образование и удаление продуктов коагуляции производилось в осветителях. Для предупреждения отложения осадка на поверхности трубопроводов и загрузки фильтров избыток ионов кальция выводили из отстойной зоны осветителя путем введения соды [4].

В настоящих исследованиях нами проведен анализ эффективности обработки сточных вод оксидом кальция на двух различных стадиях технологического процесса очистки сточной воды, а именно: перед поступлением в аэротенки (предосаждение) и после выхода из аэротенков (постосаждение).

Эксперимент проводился в статическом состоянии и заключался в смешении сточной воды объемом 1 л с оксидом кальция в количестве 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1 г. В качестве реагента использовали промышленную известь. Смесь в течение 10 минут подвергалась встряхиванию, затем в течение 1 часа - отстаиванию. Далее осветленную часть суспензии исследовали на наличие фосфора и рассчитывали эффективность очистки (табл. 1, 2).

Таблица 1 -Результаты анализов при обработке СаО в условиях предосаждения

Стадия отбора пробы сточной воды Ингре- диен- ты Снач Масса СаО, г

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Ск П,% Ск П,% Ск П,% Ск П,% Ск П,%

Результаты анализов стока перед аэротенками рН 7.75 8.55 - 8.72 - 8.96 - 8.99 - 9.10 -

РО43", мг/л 17.10 12.85 24.85 9.7 56.73 5.15 69.88 4.8 71.93 2.52 85.2 6

Результаты анализов стока, прошедшего аэро-тенки, перед аэротенками предварительно обработанного СаО рН - - - - - - - - - - -

РО43", мг/л 15.30* 10.3 32.68 6.9 54.9 7.25 52.61 7.25 52.61 6.02 60.5 2

* Концентрация фосфатов в сточной воде в результате естественной биологической очистки (без добавления реагента) на выходе из аэротенков.

Таблица 2 - Результаты анализов при обработке СаО в условиях постосаждения

Стадия отбора пробы сточной воды Ингре- диенты Снач Масса СаО, г

0.2 0.4 0.6 0.8 .0

Ск п,% Ск п,% Ск п,% Ск п,% Ск п,%

После аэротен- ков РН - - - - - - - - - - -

РОД мг/л 15.30* 11.67 23.7 7.76 49.3 7.56 50.6 3.73 75.6 1.89 87.66

Как видно из таблицы 1, исходная вода характеризуется высоким значением РО43" и в условиях естественной биологической очистки их удаление составляет 10.53 %, таким образом снижаясь от 17.1 до 15.30 мг/л. В результате проведенного анализа установлено, что эффективность очистки после осаждения кристаллической фазы из расчета 1 г/л перед аэротенками достигает до 85.26 %, но, подвергаясь далее биологической обработке активным илом в искусственно созданной среде, снижается до 60.52 %. Следовательно, в результате предосаждения очищенная вода в процессе биологической очистки в аэротенках получает вторичное загрязнение фосфором.

Из данных в таблице 2 видно, что изъятие фосфора осаждением кальция после аэротенков из расчета 1 г/л составляет 87.66 %.

Анализ результатов испытаний по очистке сточных вод чистопольских биологических очистных сооружений от фосфатов ионами кальция показывает целесообразность применения постосаждения (рис.1).________________________________________________________

- -О-

Предосаждение. Вода до аэротенков.

Предосаждение. Вода после аэротенков.

Постосаждение. Вода после аэротенков.

Масса оксида кальция, г

Рис. 1 - Зависимость эффективности очистки от фосфатов от стадии технологического процесса очистки воды и массы оксида кальция

В поисках дешевого реагента для осаждения фосфатов, в дальнейшем в работе исследовали природную известь (мергель) из карьера в н.п. Утяково Чистопольского района РТ. Содержание суммы карбонатов кальция и магния в карбонатных породах составляет от 51.2 % до 82.5 %. Для исследований природную известь измельчали до размеров частиц

313

0.8 - 1 мкм. Эксперимент проводился в статическом состоянии и в условиях постосаждения. Смесь сточной воды, взятой после аэротенков, объемом 1 л с природной известью в количестве 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 5, 10, 20 г в течение 10 минут встряхивали и отстаивали в течение 1 часа. Осветленную часть суспензии анализировали по фосфатам и рассчитывали эффективность очистки. В результате исследований с молотой природной известью был установлен достаточно высокий эффект очистки при добавлении 20 г/л. Введение природной извести в интервале до 1 г/л практически не влияет на содержание РО4" и незначительное снижение концентрации фосфатов происходит при осаждении природной известью лишь начиная с 5 г (табл. 3).

Таблица 3 - Результаты анализов при обработке природной известью

Стадия отбора пробы сточной воды Ингре- диенты Снач Масса природной извести, г

1.00 5.00 10.00 20.00

Ск П,% Ск П,% Ск П,% Ск П,%

После аэро- тенков PH 7.26 7.1 - 8.42 - 8.21 - 9.65 -

РО43-, мг/л 9.6 10.1 -5.21 8.64 10.00 4.16 56.66 0.72 92.5

Литература

1. Залетова, Н.А. Роль и влияние анаэробных условий в технологии биологического удаления фосфора / Н.А. Залетова // Вода и экология. - 2000. - № 3. - С. 49 - 55.

2. Хенце, М. Очистка сточных вод / М. Хенце [и др.];. Пер. с англ. - М.: Мир, 2006. - 480 с.

3. Сапожникова, Е.Н. Анализ эффективности реагентных методов удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод / Н.Н. Красногорская [и др.] // Безопасность жизнедеятельности. - 2004. -№3. - С. 21 - 22.

4. Лукиных, Н.А. Методы удаления из сточных вод питательных веществ / Н.А. Лукиных, Б.П. Липман, В.П. Криштул // Методы доочистки сточных вод. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1978. - С. 108-110.

© Л. Ф. Галанцева - асп. каф. инженерной экологии КГТУ, galancvalyly@mail.ru; С. В. Фридланд -д-р хим. наук, проф. той же кафедры.