Очистные сооружения канализации г. Астаны (Казахстан)

Аннотация

Предложена технологическая схема биологической очистки городских сточных вод, которая позволяет наряду с эффективным удалением соединений азота повысить эффективность изъятия соединений фосфора. Преимуществом технологии является возможность реконструкции и модернизации действующих очистных сооружений с максимальным использованием существующих емкостей. На действующих очистных сооружениях г. Астаны применяется технология нитри-денитрификации с камерой дефосфатации. В качестве загрузочного материала служит цеолит Чанканайского месторождения. Цеолит интенсифицирует процессы глубокой биологической очистки сточных вод как по органическим загрязнениям, так и по биогенным элементам.

Ключевые слова

отстойник , взвешенные вещества , сточные воды , биологическая очистка , азот , фосфор , аэротенк

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

В г. Астане действует централизованная неполная раздельная система водоотведения. Сточные воды сетью самотечных коллекторов и насосными станциями подаются к главным насосным станциям, откуда перекачиваются в камеры гашения и далее самотеком поступают на канализационные очистные сооружения полной биологической очистки. Сооружения расчетной производительностью 136 тыс. м³/сут построены и введены в эксплуатацию в 1970 г.

В состав канализационных очистных сооружений входят: четырехкоридорные аэротенки (4 шт.) с 25-процентной регенерацией активного ила (ширина коридора 8 м, длина 117 м, рабочая глубина 3,8 м); вторичные радиальные отстойники (10 шт.) диаметром 28 м, рабочей глубиной 3 м.

После биологической очистки сточные воды перекачиваются в накопитель «Талды-Коль», спроектированный в 1964 г. в качестве емкости сезонного регулирования сточных вод, используемых для орошения полей. Накопитель построен и введен в эксплуатацию в 1980 г.

В последние годы проблеме утилизации сточных вод уделяется большое внимание. В соответствии с Генеральным планом развития г. Астаны (с населением до 800 тыс. чел.), для улучшения санитарно-эпидемиологической обстановки в районе расположения канализационных очистных сооружений, а также для сокращения заболоченных сточными водами площадей накопитель «Талды-Коль» предполагалось ликвидировать. Однако это не решало проблем, связанных с отведением, доочисткой и утилизацией накопленных и поступающих биологически очищенных городских сточных вод.

Для модернизации канализационных очистных сооружений г. Астаны была разработана концепция биологической очистки, внедрения эффективных технологий с получением очищенного стока, удовлетворяющего современным требованиям.

Для разработки рекомендаций по реконструкции очистных сооружений биологической очистки г. Астаны специалисты НИИ ВОДГЕО (Москва) проанализировали работу действующих очистных сооружений. Были определены фактические, технологические и кинетические параметры, необходимые для изучения работы аэротенков.

Из рис. 1 видно, что аэротенки обеспечивают полную биологическую очистку по основным показателям. В очищенной воде концентрация органических загрязнений по ХПК составляла от 40 до 180 мг/л (в среднем 80,2 мг/л), БПК₅ в среднем – 7,1 мг/л, взвешенных веществ – от 3 до 15 мг/л при среднем значении 9 мг/л. Концентрация нефтепродуктов и СПАВ в аэротенках снизилась в среднем с 4,3 до 0,3 мг/л и с 2,2 до 0,95 мг/л соответственно [1].

В процессе очистки воды имеет место нитрификация. Так, концентрация аммонийного азота (при среднем исходном значении 24,5 мг/л) снижается в среднем до 7,5 мг/л, при этом концентрация нитратов на выходе из вторичного отстойника возрастает до 12 мг/л и выше. Концентрация фосфора в процессе биологической очистки практически не изменяется, средняя концентрация фосфатов на входе в аэротенк составляет 1,85 мг/л, а на выходе из вторичного отстойника – 1,8 мг/л. Высокие концентрации фосфора после биологической очистки, вероятно, обусловлены присутствием в сточных водах фосфорорганических соединений [1].

Анализ данных эксплуатации действующих аэротенков показал, что биологически очищенные сточные воды не удовлетворяют современным требованиям по содержанию соединений азота и фосфора. Поэтому в процессе биологической очистки необходимо использовать новую технологию нитри-денитрификации с камерой дефосфатации [1].

Методы биологической нитри-денитрификации находят все более широкое применение для очистки городских и промышленных сточных вод. Известно много оригинальных технических решений как в области конструктивного оформления процесса, так и в технологии [1].

Анализ научной информации показывает возможность и перспективность совершенствования технологии одновременного проведения биологической нитрификации и денитрификации в аэробных и анаэробных условиях путем создания оптимального сообщества популяций нитри- и денитрифицирующих микроорганизмов, обеспечения постоянного возраста активного ила с целью поддержания микроорганизмов в определенной фазе их развития, разработки и применения аппаратов со взвешенными и иммобилизованными культурами микроорганизмов активного ила [2].

Важными характеристиками материала загрузки аэротенков являются наличие развитой поверхности, на которой закрепляются микроорганизмы, необходимые для обеспечения заданных технологических параметров биохимических процессов, и способность длительное время сохранять свои свойства. В этой связи в технологической схеме, предложенной специалистами НИИ ВОДГЕО, при переоборудовании аэротенка в аэротенк-нитри-денитрификатор, рекомендуется в качестве загрузочного материала использовать цеолит Чанканайского месторождения (Казахстан) с размером фракций 2,5–5 мм. Для этого в аэротенке на высоте 1 м от днища (рабочая глубина 3,8 м) монтируются три полки, заполненные природным цеолитом Чанканайского месторождения, толщиной 5,5 см. Расстояние между полками составляет 7 см. Полки должны быть установлены перпендикулярно движению сточной воды.

Возможность применения цеолита в качестве загрузочного материала для интенсификации биологической очистки сточных вод оценивалась на лабораторных и экспериментальных моделях, работающих в проточном режиме [3].

Исследования показали принципиальную возможность применения цеолита в качестве загрузочного материала, так как он интенсифицирует процессы глубокой биологической очистки сточных вод как по органическим загрязнениям, так и по биогенным элементам, значительно повышает дозу активного ила, что способствует стабильному удалению соединений аммонийного азота и органических загрязнений, имеет развитую поверхность для закрепления на ней иммобилизованной биомассы. Наибольшая эффективность очистки достигается с объемом загрузочного материала 20%.

На рис. 2 представлена технологическая схема аэротенка-нитри-денитрификатора с рекомендуемой загрузкой из цеолита. Эта схема реализуется в аэротенках с организацией анаэробных, аноксидных и аэробных зон и с рециркуляцией иловой смеси между ними. Рециркуляция иловой смеси из аэробной зоны осуществляется в зону денитрификации, а рециркуляция возвратного активного ила из вторичных отстойников – в зону дефосфатации аэротенка.

В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка-нитри-денитрификатора должно быть предусмотрено механическое (мешалками) или гидравлическое перемешивание иловой смеси [1].

Предлагаемая технологическая схема биологической очистки городских сточных вод, в отличие от традиционных, позволяет наряду с удалением соединений азота повысить эффективность изъятия соединений фосфора.

Преимуществом принятой технологии является возможность реконструкции и модернизации действующих очистных сооружений с максимальным использованием существующих емкостей.

Выводы

Применение на канализационных очистных сооружениях г. Астаны технологии нитри-денитрификации с камерой дефосфатации с использованием в качестве загрузочного материала цеолита Чанканайского месторождения позволяет интенсифицировать процессы глубокой биологической очистки сточных вод как по органическим загрязнениям, так и по биогенным элементам.

Список цитируемой литературы

Отчет ФГУП «НИИ ВОДГЕО» по теме «Технологические рекомендации по реконструкции существующих аэротенков КОС г. Астаны». – М., 2003.
Бондаренко И. Е. и др. Применение иммобилизованных микроорганизмов для очистки сточных вод: Обзорная информ. – М., Институт экономики жилищно-коммунального хозяйства АКХ им. К. Д. Памфилова, 1990.
Пат. 10780, РК. Устройство для очистки сточных вод / М. М. Мырзахметов, Е. Б. Жумартов, К. Т. Оспанов // Открытия. Изобретения. 2001. № 10.