Повышение эффективности биологического удаления соединений азота и фосфора на очистных сооружениях канализации

Аннотация

Описана технология очистки сточных вод от биогенных элементов c применением процессов нитриденитрификации и дефосфатации на современных очистных сооружениях канализации. В основе технических решений лежит принцип компьютерного моделирования с помощью программного комплекса BioWin. Целью данного расчета является получение надежных результатов, которые могут применяться на практике. Описаны основные преимущества внедрения высокоэффективных, экологически безопасных технологий биологической очистки сточных вод с применением оборудования, выпускаемого Научно-производственной фирмой «Экотон». Рассматриваются этапы основных работ, выполняемых инжиниринговым департаментом компании, которые могут стать базой для начала проектных изысканий и получения необходимых инвестиций.

Ключевые слова

биологическая очистка , азот , фосфор , нитри-денитрификация , дефосфатация , моделирование процессов очистки , оптимизационный расчет

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Сохранение гидросферы при непрерывном росте водопотребления и загрязненности водоемов промышленными и бытовыми стоками является одной из основных экологических проблем современности.

Наиболее актуальная задача очистки сточных вод – биологическое удаление соединений азота и фосфора. В настоящее время на очистных сооружениях канализации стоки, содержащие биогенные элементы (азот и фосфор), очищаются недостаточно. Это объясняется несовершенством существующих технологий полного удаления этих соединений. В условиях ужесточения нормативов предельно допустимого сброса и постоянного роста платы за загрязнение водных объектов все актуальнее становится повышение эффективности удаления биогенных элементов из сточных вод при общей минимизации эксплуатационных затрат.

Удаление органических веществ и биогенных элементов микроорганизмами активного ила является непременным условием очистки сточных вод на современных очистных сооружениях канализации. Активный ил – это в основном сообщество аэробных бактерий, которые в процессе жизнедеятельности преобразуют присутствующие в сточных водах сложные загрязнения в простые соединения, не нарушающие экологию водных объектов.

Несмотря на кажущуюся легкость протекающих биологических процессов, необходимо учитывать целый ряд факторов, обусловливающих выбор технологической схемы: природу и концентрацию загрязняющих веществ, объем сточных вод; наличие дополнительных примесей; требования к качеству очистки воды для ее сброса или возврата в технологический цикл и многое другое.

Для моделирования процессов биологической очистки сточных вод Научно-производственная фирма «Экотон» использует лицензионную версию программного комплекса BioWin. Данная программа разработана канадской фирмой «EnviroSim» и за последние несколько лет успешно применяется при моделировании и выборе оптимальной технологической схемы нитри-денитрификации и дефосфатации более чем в 50 крупных городах (с населением 500 тыс. чел. и более) стран Европы, Азии и Америки.

BioWin позволяет проводить комплексное моделирование процессов механической и биологической очистки, доочистки и утилизации осадков. При этом можно проследить изменения основных параметров процессов, происходящих при разных схемах очистки сточных вод.

Алгоритм программы базируется на представлении в виде уравнений различных процессов, реализуемых на очистных сооружениях: биологических (рост и отмирание популяций микроорганизмов); физических (аэрация, гидравлика и т. д.); химических (осаждение фосфатов с помощью реагентов и т. д.). Основными данными для построения алгоритма являются количественная и качественная характеристики сточных вод, габариты существующих и проектируемых сооружений. Данный программный продукт позволяет:

моделировать различные сценарии в зависимости от заданных параметров работы сооружений – колебаний характеристик исходной воды (расход, качество), скачков нагрузки, гидравлических перегрузок во время дождя, колебаний температуры и концентрации ила и т. д.;
оптимизировать расчет, т. е. установить оптимальные величины распределения объемов, потребности в кислороде, степени рециркуляции и уровня нагрузки на активный ил и проч.;
оптимизировать параметры эксплуатации (расход энергии, стоимость реагентов, количество осадков для обработки и др.).

Результаты компьютерных расчетов выдаются в виде таблиц, графиков и диаграмм (рис. 1). Используя данное программное обеспечение, специалистами проектного и инжинирингового департамента НПФ «Экотон» разработаны технические решения процессов нитри-денитрификации по удалению соединений азота и фосфора на очистных сооружениях Ярославля, Новосибирска, Перми, Липецка, Ижевска и других городов.

09_02_ris-1

Одним из примеров использования этой программы является проектирование и строительство канализационных очистных сооружений г. Сысерть с расчетом схемы биологической очистки при реализации процессов нитри-денитрификации. В основу расчета была положена модель процессов биологической очистки ASM3, разработанная Международной водной ассоциацией. Калибровка модели и верификация результатов моделирования были выполнены с учетом рекомендаций, изложенных в основных научных трудах, посвященных очистке сточных вод в России, Европе и США. Они базируются на оптимальной эффективности очистки, экономической целесообразности, оптимальном уровне автоматизации, гибкости и удобстве эксплуатации.

Результаты компьютерного моделирования реализованы в новой разработке компании «Экотон», а именно в ряде компактных очистных сооружений производительностью 100–1000 м³/сут. В них реализованы процессы нитри-денитрификации, биологического и реагентного удаления фосфора. Такая установка успешно эксплуатируется в Санкт-Петербурге.

Моделирование процессов биологической очистки с помощью передовых программных продуктов, а также одновременная эксплуатация мобильной опытно-промышленной установки и внедрение технических решений нитри-денитрификации позволили:

создавать и накапливать прочную экспериментально-теоретическую базу;
определять и учитывать технико-экономические показатели объекта;
наблюдать особенности эксплуатации и выявлять возможные проблемы.

Для решения подобных задач в составе НПФ «Экотон» организован инжиниринговый департамент, который предоставляет отчетную документацию с полной и достоверной информацией о состоянии очистных сооружений. Отчет включает технологические решения, подбор оборудования и оценку стоимости проекта в целом, что может послужить базой для начала проектных работ и получения необходимых инвестиций.

Первым этапом выполнения вышеизложенных работ является обследование очистных сооружений и анализ исходных данных. При этом определяются: взаимное расположение сооружений; их состояние, режим работы и конструктивные особенности; наличие дополнительных сооружений и оборудования. Все это необходимо учитывать при разработке технологических схем удаления азота и фосфора.

09_02_ris-2

На втором этапе производится моделирование нескольких схем удаления биогенных элементов в программе BioWin и выбор оптимальной технологической схемы с наиболее рациональным режимом работы (рис. 2). После этого осуществляется подбор оборудования, определяется сметная стоимость, производится экономическая оценка эксплуатационных затрат и намечаются пути снижения энергопотребления на объекте.

Выводы

Специалисты инжинирингового и проектного департамента НПФ «Экотон», используя зарубежную методику, внедряют высокоэффективные, экологически безопасные технологии биологической очистки сточных вод. А с помощью лицензионного программного обеспечения BioWin компания производит сертифицированное инновационное оборудование, в результате чего обеспечиваются:

высокая эффективность нитри-денитрификации и дефосфатации на уровне ПДК для рыбохозяйственных водоемов;
обоснованный уровень стоимости технологии и оборудования для данного качества очистки;
невысокие эксплуатационные затраты на обслуживание оборудования и системы водоочистки;
низкий расход химических реагентов и других расходных материалов на 1 м³ сточной
воды;
высокая удельная производительность оборудования (объем очищаемой жидкости с площади, занимаемой установкой);
отсутствие вторичного загрязнения и увеличение количества твердых отходов;
отсутствие высококонцентрированных жидких отходов, образующихся в процессе водоочистки;
возможность полной автоматизации технологического процесса.