Волков В А Марунин

Волков В. А., Марунин В. И., Николаева С. Н.
Пензенский государственный университет
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ДОЗЫ ИЛА НА ПРОЦЕССЕ НИТРИФИКАЦИИ НА ГОРОДСКОЙ СТАНЦИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Полная биохимическая очистка сточных вод — эффективное и надежное средство защиты водоема от
вредного воздействия сточных вод.
Благодаря своей простоте и относительно невысоким экономическим эксплуатационным затратам метод широко распространен во всем мире, как для очистки городских, так и производственных сточных
вод.
Возможность быстрого удаления загрязнений из сточных вод на искусственных очистных сооружениях
обусловливается большим количеством микроорганизмов, быстротой их размножения и чрезвычайно высокой активностью. Процессы биохимической минерализации органических загрязнений в искусственно
созданных условиях протекают значительно быстрее, чем в естественных, благодаря обеспечению более
благоприятных условий жизнедеятельности колониям микроорганизмов.
В практике очистки городских сточных вод наибольшее распространение получили аэротенки различных модификаций, процесс цикличен в работе со вторичными отстойниками, предназначенными для разделения образовавшейся иловой смеси на очищенный сток и субстрат активного ила. Часть ила возвращается в работу (циркулирующий ил), избыточный ил утилизируется как осадок.
Для высокопроизводительной работы аэротенков важное значение имеет рабочая доза ила. Синтез
органических веществ, рост и размножение микроорганизмов требуют большого расхода энергии, источником которой является энергия, освобождаемая микробами при окислении органических веществ. В тех
случаях когда микробы не до конца окисляют субстрат и не полностью используют содержащуюся в нем
энергию, они должны перерабатывать очень большое количество питательных веществ. Установлено, что
количество пищи, перерабатываемой бактериальной клеткой за сутки в 30-40 раз превышает ее вес.
Увеличение дозы ила до определенного предела, соответственно, увеличивает окислительную способность сооружений.
Все необходимые для роста и жизнедеятельности вещества микроорганизмы получают из очищаемой
сточной жидкости. Поэтому состав воды, природа веществ (с точки зрения их доступности для микробов) и их концентрация, наличие в жидкости минеральных биогенных элементов (азота, фосфора, калия, железа), а также соответствующие условия среды, т. с. количество растворенного кислорода,
pH, температура, имеют очень большое значение при применении для очистки производственных сточных
вод биохимического метода.
При соответствующих условиях (наличие кислорода, температура выше 4° С и пр.) под действием
нитрифицирующих бактерий происходит окисление азота аммонийных солей, в результате чего образуются сначала соли азотистой кислоты, или нитриты, а при дальнейшем окислении — соли азотной кислоты, или нитраты, т. е. происходит процесс нитрификации. Этот биохимический процесс был открыт в
70-х годах XIX в. Но только в конце XIX в. русскому микробиологу С. Н. Виноградскому удалось выделить чистую культуру нитрифицирующих бактерий. Одна группа этих бактерий окисляет аммиак в азотистую кислоту (нитритные бактерии), вторая — азотистую кислоту в азотную (нитратные бактерии).
В процессе биологической очистки преобладают два процесса: непосредственно окисление органической части субстрата и нитрификация.
В результате процесса нитрификации происходит удаление из сточных вод автотрофными бактериями
аммонийного
азота.
Присутствие
в
воде
органических
веществ
может
тормозить
развитие нитрифицирующих бактерий. Это связано с тем, что нитрифицирующие бактерии способны потреблять
только тот азот, который не использован гетеротрофными микроорганизмами, развивающимися при наличии органических веществ и потребляющими азот в процессе конструктивного обмена. Кроме того, гетеротрофные бактерии усиленно поглощают кислород, необходимый нитрификаторам.
На первой стадии процесса бактерии рода Nitrosomonas окисляют азот аммонийный до нитритов. В
качестве субстрата Nitrosomonas может использовать аммонийный азот, мочевину, гуанин, но органическая часть молекулы не потребляется. На второй стадии бактерии рода Nitrobacter окисляют нитриты до нитратов.
Реакции окисления азота аммонийного:
1) 2NH4+ + 3O2 = 2NO2- + 2H2O + 4H+
2) 2NO2- + О2 = 2NO3При нитрификации в качестве источника кислорода бактериями используются также гидрокарбонаты
НСО3-, при этом увеличивается концентрация угольной кислоты Н2СО3 и, следовательно, снижается
pH среды.
При условии осуществления нитрификации в аэротенке необходимо учитывать дополнительный расход
кислорода из расчета 4,6 мг О2 на 1 мг окисленного азота.
Основным требованием к процессу нитрификации, при осуществлении его в аэротенках, является наличие достаточной биомассы бактерий-нитрификаторов. Поскольку скорость роста автотрофов значительно ниже чем, гетеротрофов, ведущих процесс разложения органических загрязнений, при осуществлении процесса нитрификации в одном сооружении с окислением органических загрязнений требуется
увеличение продолжительности очистки или снижение органической нагрузки. Скорость прироста бактерий-нитрификаторов определяет минимальный возраст активного ила в аэротенке, ниже которого эти
бактерии будут просто изыматься из аэротенка с избыточным активным илом.
На рис.1 представлена зависимость образования нитратов от дозы активного ила. В качестве рабочих данных приняты результаты исследований первой и второй очереди городских очистных сооружений
канализации г. Пензы.
Максимальное содержание нитратов на 1-й очереди наблюдалось при рабочей дозе ила 2,5-3 г/л.
Данные выводы подтвержаются зависимостью концентрации азота аммонийного в очищенных сточных водах, представленной на рис.2.
Согласно полученным зависимостям,
интенсивное снижение концентраций аммонийного азота при
рабочих дозах ила от 1,5 до 2,5г/л , что происходит из-за первоочередной работы нитрификаторов на
выработку нитратов. Повышение концентрации азота аммонийного в очищенных сточных водах до 5, 5
мг/л наблюдается при увеличении дозы активного ила от3,5 до 5, 5 г/л объясняется болдьшим колличеством микроорганизмов - нитрификаторов.
Процесс нитрификации является конечной стадией минерализации азотсодержащих органических загрязнений. Наличие нитратов в очищенных сточных водах служит одним из показателей степени их полной очистки; поэтому необходимо применять такие очистные сооружения, которые обеспечили бы оптимальные условия для жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий, т.е. практически требуется реконструкция действующих аэротенков, с выделением зон нитрификации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Очистка сточных вод от биогенных элементов в аэротенках с повышенными дозами активного ила
/ Д. А. Данилович [и др. ] // Водоснабжение и санитарная техника. - 2009. - Тем : вып. - С. 52-54
с.
2. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с
аэротенками. – М.: АКВАРОС, 2003. – 512с.