Влияние работы вторичных отстойников на эффективность биологической очистки от азота на примере Курьяновских очистных сооружений

¹ Кевбрина Марина Владимировна, кандидат биологических наук, начальник отдела очистки сточных вод, Инженерно-технологический центр Управления новой техники и технологий, АО «Мосводоканал»
115487, Россия, Москва, проспект Андропова, 38, корп. 4, тел.: +7 (499) 263-93-50, e-mail: kevbrina_mv@mosvodokanal.ru

² Гаврилов Дмитрий Валерьевич, начальник Управления новой техники и технологий, АО «Мосводоканал»
115487, Россия, Москва, проспект Андропова, 38, корп. 4, тел.: +7 (499) 263-93-64, e-mail: gavrilov_dv@mosvodokanal.ru

³ Белов Николай Анатольевич, начальник отдела – главный технолог Управления канализации, АО «Мосводоканал»
105005, Россия, Москва, Плетешковский пер., 4, тел.: +7 (499) 263-93-94, e-mail: belov_na@mosvodokanal.ru

⁴ Агарев Антон Михайлович, начальник Инженерно-технологического центра Управления новой техники и технологий, АО «Мосводоканал»
115487, Россия, Москва, проспект Андропова, 38, корп. 4, тел.: +7 (499) 263-16-51, e-mail: agarev_am@mosvodokanal.ru

В АО «Мосводоканал» проведен промышленный эксперимент на вторичных отстойниках нового блока Курьяновских очистных сооружений г. Москвы с целью определения влияния работы отстойников на эффективность биологической очистки по нитритам. При повышении уровня стояния осадка во вторичных отстойниках в слое осадка на дне отстойника возникают условия для возникновения анаэробных процессов, вызывающих лизис клеток активного ила. В этих условиях в слое ила возникает достаточное количество органического вещества, как остаточного сорбированного на иловом хлопке, так и образующегося при лизисе части клеток, чтобы в присутствии нитратов начался процесс неполной денитрификации с образованием нитритов. На возникновение анаэробных процессов в придонном слое осадка во вторичных отстойниках так же влияет концентрация кислорода в иловой смеси, поступающей во вторичные отстойники. Определены технологические параметры работы сооружений, препятствующие снижению качества очистки: регулирование работы вторичных отстойников по нагрузке и по времени пребывания сухого вещества ила, что не допускает долгого пребывания ила в придонном слое, а также поддержание высокой концентрации кислорода в конце аэротенков.

Ключевые слова: сточные воды, очистные сооружения, биологическая очистка, вторичный отстойник, илосос, активный ил, азот нитритов.

Вторичные отстойники являются частью системы биологической очистки сточных вод с гравитационным илоразделением. Их работа определяет в первую очередь качество очистки воды от взвешенных веществ и объем возвратного ила, формирующий дозу ила в аэротенках. Концентрация взвешенных веществ в очищенной воде зависит от нескольких параметров, но главным образом от нагрузки по сухому веществу на поверхность вторичных отстойников, которая может регулироваться технологами сооружений в зависимости от состояния активного ила [1; 2]. Отвод ила из системы также может регулироваться персоналом. При недостаточном отводе ила в отстойниках повышается уровень стояния илового осадка, что при высоких значениях может привести к выносу взвешенных веществ с очищенной водой. Кроме того, при долгом нахождении ила в слое осадка на дне отстойника могут начаться анаэробные процессы, вызывающие лизис клеток активного ила. В этих условиях в слое ила будет достаточное количество органического вещества как остаточного, сорбированного на иловом хлопке, так и образующегося при лизисе части клеток, чтобы в присутствии нитратов начался процесс неполной денитрификации с образованием нитритов [3; 4]. Поскольку по нитритам норматив ПДК_рыбхоз имеет низкие значения (0,02 мг/л N–NO₃^2–), даже небольшое передерживание ила в отстойнике может приводить к значительному снижению качества очистки по этому параметру. Вопрос об условиях, создаваемых во вторичных отстойниках, и технологическом регулировании их работы является актуальным для поддержания высокой эффективности системы биологической очистки.

Статья посвящена анализу результатов промышленного эксперимента на вторичных отстойниках по выявлению влияния их работы на качество очистки по нитритам и определению параметров работы сооружений, препятствующих снижению эффективности очистки.

Промышленный эксперимент проводился на вторичных отстойниках нового блока Курьяновских очистных сооружений (НКОС) г. Москвы. Диаметр вторичных отстойников – 54 м, глубина отстойников – 6 м. Отстойники укомплектованы илососами СО-54 (ООО «Агма», Россия); чертежи общего вида илососа СО-54 представлены на рис. 1.

Илосос содержит ферму 1, центральную опору 2, механизм сосуна 3, круговой путь 4 и систему приводов 5. Ферма 1 является несущей конструкцией илососа, на которой закреплен механизм сосунов 3, и выполнена в виде моста 6. Мост 6 в плане представляет собой равнобедренный треугольник. Боковые стороны 7 треугольника и его основание 8 жестко связаны друг с другом и дополнительно соединены стяжками 9. Вершина 10 треугольника закреплена на центральной опоре 2.

На основании треугольника размещена тележка, на концах которой расположены два электропривода 5. Центральная опора 2 снабжена роликовым подшипником 11 и установлена на центральной опоре 12. Круговой путь 4 выполнен в виде кольца 13.

Механизм 3 состоит из ряда придонных сосунов 14, двух отводных лотков 15 и системы донных скребков 22, распложенных под фермой 1. Механизм удаления активного ила 3 выполнен в виде двух отводных лотков 15, находящихся непосредственно под фермой 1 и вращающихся вместе с ней. Каждый лоток имеет ряд донных сосунов 14 для забора ила, оборудованных донными скребками 22, расположенными на двух уровнях.

Активный ил из отводных лотков 15 через наружный подвижный стакан 16, вращающийся вместе с фермой, перетекает через полость неподвижного стакана 17 и удаляется через отводящий трубопровод, расположенный в центральной опоре. Система приводов 5 содержит два электродвигателя 18, два редуктора 19, два приводных катка 20 и два опорных катка 21.

Основные параметры илососа

Частота вращения … 0,5–2 об/ч
Масса в сборе … 27500 кг, не более
Количество отводящих лотков … 2 шт.
Длина отводящего лотка … 20750 мм
Высота отводящего лотка … 800 мм
Ширина отводящего лотка … 800 мм
Диаметр сосунов … 200 мм
Количество сосунов … 18 шт.
Высота скребка … 330 мм
Количество скребков … 18 шт.

Ранее было показано, что на отстойниках с такой системой сосунов возможна достаточно гибкая регулировка его работы, откачки илового садка и поддержание требуемой концентрации возвратного активного ила с минимальными затратами на работу насосного оборудования [5]. В данной работе система регулировки была использована для создания условий накопления осадка в придонном слое для моделирования условий, благоприятных для возникновения процесса неполной денитрификации.

В качестве контрольного был выбран отстойник, работающий в штатном режиме с отводом илового осадка через оба ряда сосунов – верхнего и нижнего (рис. 2). В качестве опытного был выбран отстойник, в котором в начале эксперимента был закрыт верхний ряд сосунов и затем дополнительно закрыта часть сосунов нижнего ряда, что позволяло накапливаться иловому осадку на дне отстойника.

Во время эксперимента гидравлическая нагрузка на отстойники поддерживалась одинаковой в обоих отстойниках и составляла 0,78 м³/(м²‧ч). Нагрузка по сухому веществу на поверхность вторичных отстойников составляла 3,2 кг/(м²‧ч). При иловом индексе 140 см³/г такая нагрузка ниже значений предельного массового потока [2], что обеспечивает хорошее разделение иловой смеси без выноса взвешенных веществ с очищенной водой.

Как видно из рис. 3, в контрольном отстойнике уровень илового осадка составлял 0,1–0,2 м. В опытном отстойнике уровень находился в пределах 1,1–1,5 м, а после закрытия части сосунов нижнего ряда поднялся до 2 м.

Высокий уровень стояния (до 2 м) не оказал влияния на концентрацию взвешенных веществ в очищенной воде. На переливе опытного и контрольного отстойников (рис. 4) концентрация взвешенных веществ находилась в нормативном диапазоне (ниже 6 мг/л) независимо от уровня стояния осадка. Это связано с низкой нагрузкой по сухому веществу, обеспечивающей условия для хорошего разделения иловой смеси без выноса взвешенных веществ с очищенной водой даже при высоком уровне стояния осадка.

Высокий уровень стояния также не оказал заметного влияния на концентрацию фосфора фосфатов, аммонийного азота и азота нитратов в очищенной воде на переливе отстойников.

Однако была обнаружена прямая зависимость концентрации азота нитритов в очищенной воде на переливе отстойников от уровня стояния осадка (рис. 5, 6). Необходимо отметить, что во время проведения эксперимента в иловой смеси аэротенков, поступающей на илоразделение во вторичные отстойники, концентрация азота нитритов была в интервале 0,01–0,04 мг/л. При поддержании низкого уровня стояния осадка 0,1–0,2 м концентрация нитритов на переливе контрольного отстойника составляла в среднем 0,05 мг/л (рис. 5), и это значение соответствовало концентрации азота нитритов в иловой смеси аэротенков в конце четвертого коридора на переливе в нижний канал для отвода во вторичные отстойники (0,01–0,04 мг/л). При уровне стояния осадка 0,9–1,4 м (в среднем 1,2 м) концентрация нитритов начинала увеличиваться (0,06–0,18 мг/л, в среднем 0,12 мг/л) по сравнению с концентрацией в иловой смеси, подающейся на вторичные отстойники. При уровне стояния осадка высотой до 2 м концентрация азота нитритов увеличилась еще больше – до 0,17–0,37 мг/л (в среднем 0,24 мг/л).

Закрытие сосунов в опытном отстойнике привело не только к повышенному уровню стояния илового осадка, но и к увеличению времени пребывания ила в отстойнике (SRT). Время пребывания илового осадка в опытном отстойнике было в 1,65 раз выше, чем в контрольном.

Необходимо отметить, что возникновение анаэробных (аноксидных) условий в отстойнике, благоприятных для протекания процессов денитрификации на сорбированном органическом веществе ила, обусловлено отсутствием (или очень низкими концентрациями) кислорода в среде, где находятся хлопки ила. Для понимания этой ситуации на сооружениях НКОС проводились замеры концентрации растворенного кислорода в иловой смеси в аэротенках, каналах и отстойниках. Из данных таблицы видно, что по ходу течения иловой смеси из сборного канала аэротенков в отстойники происходит снижение концентрации растворенного кислорода. В центральной части отстойника («юбка») в месте, где иловая смесь подается на осаждение, концентрация кислорода снижена до уровня 0,4–1,3 мг/л. Следовательно, в слое ила на дне отстойника создаются бескислородные условия, в которых в присутствии нитратов и сорбированного органического вещества может происходить неполная денитрификация. Поэтому важно поддерживать высокую концентрацию кислорода в аэротенках, а также при возможности в каналах иловой смеси.

Таким образом, длительное нахождение илового осадка на дне отстойника и снижение концентрации кислорода в иловой смеси во время движения от аэротенков до вторичных отстойников создают бескислородные условия в толще илового осадка, благоприятные для протекания процесса неполной денитрификации, что приводит к ухудшению эффективности очистки сточной воды от азота нитритов. Мероприятием, которое позволит сохранить качество очистки по этому загрязнителю, является регулирование работы вторичных отстойников по нагрузке и по времени пребывания сухого вещества ила в придонном слое, что не допускает долгого пребывания ила в слое, а также поддержание высокой концентрации кислорода в конце аэротенков.

Выводы
Регулирование работы вторичных отстойников как по нагрузке, так и по времени пребывания сухого вещества ила, не допускающее долгого пребывания ила в придонном слое, а также поддержание высокой концентрации кислорода в конце аэротенков является способом сохранения высокой эффективности очистки сточной воды по азоту нитритов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кевбрина М. В., Козлов М. Н., Дорофеев А. Г. Вторичные отстойники: сравнение методов расчета при проектировании и анализ параметров эффективной эксплуатации сооружений // Водоснабжение и санитарная техника. 2019. № 3. С. 13–22.

2. Кевбрина М. В., Новиков С. Н. Метод анализа работы вторичных отстойников для оптимизации эксплуатации // Водоснабжение и санитарная техника. 2020. № 7. С. 43–49.

3. Гульшин И. А. Низкокислородный метод очистки сточных вод с гранулированным активным илом // Инженерный вестник Дона. 2021. № 5 (77). С. 701–711.

4. Musvoto E. V., Casey T. G., Ekama G. A., Wentzel M. C., Marais GvR. The effect of incomplete denitrification on anoxic-aerobic (Low F/M) filament bulking in nutrient removal activated sludge systems // Water Science and Technology. 1994. V. 29. Is. 7. P. 295–299.

5. Кевбрина М. В., Богомолов М. В., Стрельцов С. А., Белов Н. А., Колбасов Г. А. Оптимизация режима удаления ила из вторичных отстойников // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 10. С. 36–42.