автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Режим поступления и очистка городских сточных вод от азота и фосфора

Введение

Глава 1. Анализ материалов по изучению режимов поступления азота и фосфора на очистные сооружения. Постановка задач исследований.

1.1. Нестационарность поступления сточных вод в сухую погоду .<f

1.2. Нестационарность притока сточных вод в период выпадения дождей ./

1.3. Нестационарность притока сточных вод в период снеготаяния .«?/

1.4. Краткий обзор литературы по вопросу математического описания нестационарности поступления сточных вод на очистку .«2<

1.5. Выводы .¿j

1.6. Постановка задач исследований

Глава 2. Режимы поступления азота и фосфора на очистные сооружения.AS

2.1. Изучение режимов притока и колебаний концентраций загрязняющих веществ в сухую погоду . .¿у

2.2. Изучение расходов и состава дренажного (инфильтрационного) стока.

2.3. Изучение режимов притока сточных вод и колебаний концентраций загрязняющих веществ в холодный период года

2.4. Изучение режимов притока сточных вод и колебаний концентраций загрязняющих веществ в период выпадения дождей j 2.5. Выводы

Глава 3. Анализ применяемых технологий и способов математического описания процессов биологического удаления соединений азота и фосфора из сточных вод. Постановка задач исследований.

3.1. Соединения азота и фосфора в сточных водах и способы их удаления. -7S

3 .2. Аммонификация органических азотсодержащих соединений . ??

3.3. Нитрификация . уд

3.4. Денитрификация

3.5. Биологическое удаление фосфора. <f/ i 3.6. Способы и особенности биологической очистки с удалением азота и фосфора . <£

3.7. Анализ современного состояния технологии биологической очистки сточных вод от азота и фосфора .85"

3.8. Выводы ^ 3 .9. Постановка задач исследований.

Глава 4. Изучение процессов биологического удаления соединений азота и фосфора на опытно-промышленной установке.

4.1. Характеристика состава и изменение загрязненности сточных вод в ходе первичного отстаивания. д$

4.2. Описание технологии очистки и биоблока опытно- производственной установки.

4.3. Лабораторные исследования процессов нитрификации, денитрификации и дефосфатирования городских сточных вод

4.3 .1. Изучение процессов нитрификации и денитрификации

4.3.2. Определение гранул полифосфатов в клетках активного ила . /¿)&

4.4. Исследования на опытно-промышленной установке

4.4.1. Описание этапов исследований. //£

4.4.2. Методика проведения аналитического контроля и результаты исследований по циклам

4.4.3. Особенности процессов очистки сточных вод и результаты исследований.у//

4.5. Составление математического описания процессов.,.

4.5.1.Нитрификация . /¿>£

4.5.2. Денитрификация . ,/д^

4.5.3. Дефосфатирование.

4.6. Характеристика вторичных загрязнений при использовании технологических схем с глубоким удалением биогенов

4.7. Выводы . у

Глава 5. Технико-экономические параметры и рекомендации по проектированию очистных сооружений с применением технологии глубокого удаления соединений азота и фосфора из сточных вод биологическим методом. 5.1. Технико-экономические показатели очистных сооружений с применением технологии глубокого удаления соединений азота и фосфора из сточных вод биологическим методом

5.2. Рекомендации по проектированию сооружений с применением технологии глубокого удаления соединений азота и фосфора из сточных вод биологическим методом . /¿у

5.2.1. Расчетные расходы сточных вод.

5.2.2. Состав сточных вод

5.2.3. Узел механической очистки

5.2.4. Узел биологической очистки

5.2.4.1. Выбор схемы очистки и конструктивных особенностей сооружений биоблока . /#¿

5.2.4.2. Расчет объемов блока сооружений биологической очистки

Анаэробная зона . /£/

Аноксидная зона

А. эробная зона . ^^

5.2.6. Вторичные отстойники

5.2.7. Вторичные загрязнения

Выводы.

Развитие человеческого общества неизбежно ведет к изменению природной среды. В настоящее время необходимость поддержания - силы, частоты и продолжительности прямых связей в системе "общество-природа" с теми же параметрами обратных связей или реакций природной среды на антропогенное "давление", стала очевидной. Это означает, что взаимодействие человека и природы должно происходить в условиях экологического равновесия, предусматривающего рациональное природопользование и систему защитных инженерно-технических мероприятий.

Из обширного круга вопросов, требующих скорейшего решения, вопросы, связанные со снижением поступления в водные объекты неочищенных сточных вод с городских территорий и в частности поверхностного стока, а также снижения массы поступающих в водотоки биогенных элементов и, как следствие, снижение эвтрофикации водоемов, являются наиболее актуальными для водной экосистемы Балтийского региона.

Поверхностный сток, являющийся одним из источников загрязнения водоемов, характеризуется крайней неравномерностью при поступлении в канализационную систему и высокой степенью загрязнения по целому ряду показателей. Степень изученности расходов, состава и свойств дождевых талых и дренажных (инфильтрационных) вод остается недостаточной. Исследования расходов и состава сточных вод в сухую погоду, периоды выпадения дождей и таяния снега носят зачастую несистемный характер. Существенное значение приобретает оценка количества и качества дренажных стоков, связанных с запасами подземных вод.

В настоящее время недостаточное освещение получили вопросы динамики изменения расходов стока и концентраций загрязняющих веществ, массы загрязнений поступающих на очистные сооружения и в водотоки по целому ряду сочетаний: производственно-бытовых и инфильтрационных, производственно-бытовых, инфильтрационных и талых весенних вод, производственно-бытовых, инфильтрационных и дождевых вод, а также другие варианты совпадения различных категорий сточных вод.

Поступление неочищенных талых или дождевых вод в водоемы носит вероятностный случайный характер, в то время как ежедневно в Финский залив и Невскую губу сбрасывается порядка 19 тонн фосфора и около 0,3 тонн азота. Сброс биогенов ухудшает экологическую обстановку и нарушает налаженную структуру экосистем водоемов, приводя к эвтрофикации (1мг фосфора и 5-10 мг азота в 1 литре продуцируют около 150 мг водорослей). Следствием эвтрофикации является также ухудшение качества воды, появление привкусов и запахов, нарушение кислородного режима, гибель части гидробионтов. Наличие биогенов в воде могут являться причинами заболевания людей. Доочистка сточных вод от соединений азота и фосфора может осуществляться химическими, химико-биологическими и биологическими методами. Наиболее предпочтительными в экологическом и экономическом плане является последний - биологический метод.

В настоящее время в нормативной литературе отсутствуют рекомендации по биологическому удалению азота и фосфора из сточных вод , выбору схем и технологии очистки, отсутствует описание процессов биологической нитрификации, денитрификации и дефосфатирования. Отсутствует концепция управления и рекомендации по проектированию очистных станции с глубоким удалением биогенных элементов.

В диссертационной работе представлены в прямой последовательности два крупных раздела. Первый раздел касается вопросов динамики поступления соединений азота и фосфора в сточных водах в годичном цикле, т.е. в периоды без выпадения атмосферных осадков и периоды поступления на очистные сооружения смесей фекальных сточных вод, а также вод от таяния снега и выпадения дождей. Во втором разделе рассмотрены вопросы глубокого удаления соединений азота и фосфора из сточных вод биологическим методом в реакторах со взвешенной культурой и освещены некоторые параметры вторичных загрязнений при применении технологии удаления биогенов.

Широкий круг затрагиваемы в настоящей работе задач опирается на опыт и результаты исследований поверхностного стока, проведенные П.Ф. Горбачевым, H.H. Беловым, Г.Г. Шигориным, М.В. Молоковым, Н.К. Чижовым, А.А.Суриным, Б.О.Ботуком, Г.Л. Заком, Л.Т. Абрамовым, B.C. Дикаревским, А.П. Нечаевым, М.И. Алексеевым, А.М. Кургановым и другими специалистами. Работу над вопросом совместного удаления соединений азота и фосфора из сточных вод невозможно было провести без исследований H.A. Базякиной, К.Н. Королькова, С.В. Яковлева, С.М. Шифрина, Я.А. Карелина, Ц.И. Роговской , Т.А. Карюхиной, Э.С. Разумовского, H.A. Лукиных, Б.Г. Мипгукова, Л.И. Гюнтер и целого ряда других специалистов.

Данная работа выполнена в период обучения диссертанта в аспирантуре по кафедре " Водоотведение и охрана водных ресурсов"(ВиОВР) Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета, при научном руководстве д.т.н., профессора кафедры "ВиОВР" Б.Г.Мишукова и научного консультанта д.т.н., профессора кафедры "Водоснабжение и рациональное использование водных ресурсов"(ВиРИВР) СПбГАСУ -А.М.Курганова.

При выполнении экспериментальной части работы большая помощь была оказана сотрудниками Пушкинского филиала ГУП "Водоканал СПб" и Пушкинской станции аэрации, а также сотрудниками Северной и Красносельской станций аэрации г. Санкт-Петербурга.

Автор выражает глубокую благодарность всем специалистам ГУП "Водоканал СПб" и ряда проектных организаций за оказанную помощь в процессе работы над диссертацией.

Анализ материалов по изучению режимов поступления азота и фосфора на очистные сооружения. Постановка задач исследований.

Поступление на очистные сооружения сточных вод, как отмечено в /1, 11, 23, 34, 47,55, 57, 61-63, 66, 86, 89, 94, 124, 129, 131, 132/ подвержено значительным колебаниям. Колебания расхода и состава носят случайный (стохастический) характер /23, 28, 61, 66, 94, 129, 131/ . Нестационарность характера поступления стоков приводит к трудностям в поддержании оптимальных условий эксплуатации, снижению эффективности работы сооружений и ухудшению качества очищенных сточных вод. Нестационарность поступления сточных вод на очистные сооружения обусловлена большим числом факторов, которые можно разделить на несколько групп: суточные колебания расхода и состава поступающих на очистку производственно-бытовых вод,обусловленные своеобразным укладом жизни населения; сезонные изменения расходов и концентраций загрязняющих компонентов производственно-бытовых и инфильтрационных сточных вод; кратковременные циклы, вызванные поступлением поверхностного стока (дождевых и талых вод).

Такое деление условно, но оно необходимо для дальнейшего рассмотрения процесса поступления соединений азота и фосфора на очистные станции.