автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии удаления азота и фосфора в комплексе по очистке сточных вод и обработке осадка.

□0349 1575

На правах рукописи

СОЛОВЬЕВА Елена Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УДАЛЕНИЯ АЗОТА И ФОСФОРА В КОМПЛЕКСЕ ПО ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД И ОБРАБОТКЕ ОСАДКА

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 1 ФЕВ 2010

Санкт-Петербург 2010

003491575

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Мишуков Борис Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Аюкаев Ренат Исхакович (Петрозаводский государственный университет);

доктор технических наук, профессор Иванов Виктор Григорьевич (Петербургский государственный университет путей сообщения);

доктор технических наук, профессор Ильин Юрий Александрович (Военный инженерно-технический университет (Санкт-Петербург))

Ведущая организация:

Государственное унитарное предприятие «Проектный институт по проектированию городских инженерных сооружений» (ГУП «ЛЕНГИПРОИНЖПРОЕКТ»), г. Санкт-Петербург

Защита состоится « » марта 2010 г. в 14.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.223.06 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, зал заседаний. Телефакс: (812) 316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат диссертации размещён на официальном сайте ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» www.spbgasu.ru.

Автореферат разослан «. о/ » февраля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В. Ф. Васильев

Актуальность темы диссертации. В системе защиты окружающей среды от загрязнения очистка сточных вод является одним из основополагающих компонентов. В настоящее время в данной области наметились новые тенденции и подходы, образующие понятие «техника и технологии XXI века», направленные на решение проблем, существование которых ранее не принималось во внимание. В соответствии с современными воззрениями, основной причиной ухудшения качества вод, забираемых для питьевых нужд, является эвтрофикация поверхностных источников. Ведущим фактором, определяющим интенсивность эвтрофикации, является поступление в водоемы со сточными водами значительного количества биогенных элементов - азота и фосфора. Новый подход к очистке сточных вод заключается в смене приоритетов. Если ранее основной задачей очистки считалось изъятие и окисление массы органических веществ, то сейчас основным видом загрязнений, подлежащих удалению, становятся биогенные элементы - азот и фосфор.

Удаление азота и фосфора из сточных вод снижает возможность эвтрофикации водных объектов, ставшей проблемой мирового масштаба. Бурное развитие технологий и технических средств ликвидации биогенного загрязнения базируется на использовании современного высокотехнологичного оборудования, а также систем автоматического контроля и управления. Разработки в этом направлении весьма актуальны, обмен научным и практическим опытом крайне необходим.

Качество очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоемы, согласно рекомендациям Хельсинской комиссии по защите вод Балтийского моря от загрязнения (ХЕЛКОМ), должно поэтапно улучшаться. Для этого в Санкт-Петербурге и пригородах построены и действуют очистные станции нового поколения, на которых, в рамках сотрудничества ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» с Германией, Францией, Данией, Финляндией, Швецией и другими странами Европы и мира, отрабатываются новые технологии и технические средства.

Настоящая работа направлена на комплексную оценку, развитие и совершенствование технологии удаления азота и фосфора из сточных вод, в том числе и из вторичных загрязнений, поступающих с возвратными стоками от узлов обработки осадков. Совершенствуемый процесс имеет общепринятое сокращенное наименование «Денифо» т. е. денитрификация и дефосфатирование.

Целью исследований в диссертационной работе автора является комплексная производственная проверка новых технологических процессов, направленных на максимальное изъятие азота и фосфора из сточных вод, с учетом потоков сливных вод и фугата, а также экспериментальное подтверждение и математическая интерпретация полученных результатов. Для достижения цели был решен ряд практических и теоретических задач.

Задачами исследования в соответствии с поставленной целью являлись: • обоснование и экспериментальная проверка способов подготовки сточных вод для достижения наилучших результатов биологической или химико-биологической очистки;

• выявление факторов, определяющих скорость и эффективность процессов нитрификации, денитрификации и дефосфатирования, а также количественная оценка их влияния на упомянутые процессы;

• производственная проверка наиболее современных и совершенных технологических схем очистки сточных вод, выявление их достоинств и недостатков;

• разработка новых технологических схем очистки сточных вод, более надежных и эффективных чем существующие;

• производственная проверка химико-биологических схем очистки сточных вод, предусматривающих реагентное удаление азота и фосфора, выявление их достоинств и недостатков, оценка экономичности применения химических реагентов;

• совершенствование применяемых технологических схем путем поиска новых точек ввода реагента, обеспечивающих минимальный уровень выноса вредных примесей, образующихся при использовании реагентов для наиболее глубокого изъятия азота и фосфора;

• математическая интерпретация процессов биологической очистки на основе моделей простых химических и многостадийных биохимических реакций, формулирование практических зависимостей для расчета элементов биоблока;

• определение массы выноса азота и фосфора с иловыми водами и фугатом (вторичных загрязнений) при обезвоживании осадков, разработка комплекса мер по их минимизации;

• формирование и описание комплексной системы очистки сточных вод и обработки осадков, обладающей высокой эффективностью и надежностью действия, соответствующей требованиям отечественных нормативов и международных соглашений по качеству очистки сточных вод.

Научная новизна. В ходе исследований, направленных на решение поставленных задач, выявлен ряд факторов, зависимостей и закономерностей, не учитываемых ранее. Поскольку в настоящей диссертационной работе современные очистные сооружения впервые рассматриваются как комплексная система по удалению из городских сточных вод азота и фосфора, элементы научной новизны приводятся раздельно по основным изученным процессам.

В процессах биологического удаления азота и фосфора установлено:

• скорость нитрификации зависит от содержания общего азота в сточных водах и предварительного изъятия органических веществ в денитрификаторе;

• нитрификация и денитрификация интенсифицируются с ростом поступления органических веществ улучшенной структуры, что достигается подбражива-нием загрязнений в сточной воде и в осадке первичных отстойников;

• предварительная денитрификация возвратного активного ила с частью потока сточных вод улучшает анаэробиоз в анаэробной зоне биоблока и способствует интенсивному удалению фосфора;

• дефосфатирование интенсифицируется при поступлении в анаэробную зону биоблока всего потока денитрифицированного возвратного ила, а также при подаче в биоблок со сточными водами тонкодисперсных частиц взвеси и органических кислот.

Производственными испытаниями технологических схем с реагентным удалением фосфора доказано:

• повышенные дозы реагента являются причиной роста содержания металлов в очищенной воде и вызывают увеличение зольности осадка, что отрицательно влияет на условия его сжигания;

• традиционный общепринятый способ введения реагента перед первичными отстойниками является затратным, приводит к излишнему изъятию органических веществ (по БПК3), что отрицательно влияет на дальнейшую биологическую очистку и снижает эффективность удаления азота вследствие ослабления денитрификации;

• общепринятый способ введения реагента в иловую смесь перед вторичными отстойниками требует повышенной дозы реагента, вследствие конкуренции между фосфатами и другими анионами;

• предложенный автором способ ввода реагента в поток циркулирующего активного ила позволяет сохранить высокую эффективность удаления фосфора при минимальных (по сравнению со всеми прочими вариантами) дозах реагента и обеспечивает низкий уровень содержания металла в очищенной воде.

По работе узла обезвоживания осадков установлено:

• при совместном обезвоживание ила и осадков (с длительным пребыванием в резервуарах) приводит к интенсивному вытеснению фосфора фосфатов в сливные воды, и соответствующему повышению содержания фосфора в очищенной воде;

• оперативные меры по реагентному удалению фосфора из иловых вод и фугата не обеспечивают содержания фосфатов в очищенной воде на уровне требований ПДК;

• доказана эффективность раздельной обработки (уплотнения и обезвоживания) осадков и ила, которая гарантирует минимальный вынос фосфора с возвратными водами и фугагом;

По совершенствованию технологии обработки сточных вод и осадков:

• установлены особенности функционирования различных технологических схем на очистных станциях гг. Пушкина, Сестрорецка, на Юго-Западных очистных сооружениях, подтверждена надежность их работы в течение ряда лет;

• проведено комплексное исследование работы всей очистной станции (от приемной камеры до точки выпуска очищенной воды, включая узел обработки осадка), как системы, предназначенной для удаления из сточных вод азота и фосфора, и выполнена математическая интерпретация происходящих в данной системе процессов;

• для вновь проектируемых очистных станций предложена ранее не применявшаяся, более гибкая и маневренная технологическая схема «С/и;».

Защищаемые научные положения. Предметом защиты диссертационной

работы является представление современной станции аэрации как комплексной

системы, предназначенной для удаления азота и фосфора из сточных вод биоло-

гическими и химико-биологическими методами, математическая интерпретация отдельных процессов и экспериментальное подтверждение эффективности работы сооружений в производственных условиях. На защиту выносятся:

• технологии работы станций аэрации как комплексных систем, ориентированных на эффективное биологическое удаление азота и фосфора из сточных вод и осадков;

• технологии глубокой химико-биологической очистки сточных вод и осадков от азота и фосфора с применением химических реагентов.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов базируется на следующих принципах:

• достоверности исходных данных, полученных автором лично, в результате опытов, поставленных на действующих очистных сооружениях;

• достоверности исходных данных, предоставленных автору в составе официальных отчетов станций аэрации с декадными показателями качества исходных и очищенных сточных вод;

• результатах длительных производственных экспериментов, поставленных автором на действующих очистных станциях;

• применении адекватного поставленным задачам математического аппарата для формулирования теоретических зависимостей.

Надежность и эффективность предложенных автором технологических решений подтверждается документами (актами и справками о внедрении), удостоверяющими использование результатов разработок в промышленном масштабе.

Научная значимость. Научная значимость диссертации заключается в раскрытии особенностей функционирования очистной станции как единой системы, ориентированной на удаление из сточных вод и возвратных потоков азота и фосфора, а также в выборе рациональных, эффективных и надежных комплексных технологических схем биологической и химико-биологической (безреагентной и реагентной) обработки сточных вод и осадков.

Проведенный в ходе работы производственные эксперименты позволили выработать способы повышения эффективности очистки сточных вод, такие как: подбраживание загрязнений в стоках, раздельное уплотнение и обезвоживание осадков, а также осуществить выбор точки ввода реагента, обеспечивающий высокое качество очищенной воды при его минимальном расходе и соответствующем снижении содержания металлов в очищенной воде.

Публикация справочно-меггодических изданий по материалам, вошедшим в настоящую диссертационную работу, способствовала подготовке аспирантов и студентов, а также повышению квалификации кадров научно-исследовательских и проектных организаций.

Практическая значимость. Основой практической значимости настоящей работы является подготовка ряда рекомендаций по проектированию и эксплуатации канализационных очистных сооружений (КОС) с применением новых тех-

нологий. Рекомендации обобщены в журнальных публикациях автора и в трех монографиях, которые при посредничестве журналов «Вода и экология. Проблемы и решения», «Вода: технология и экология» распространены в проектных и эксплуатационных организациях, а также в ведущих высших учебных заведениях России и ближнего зарубежья.

Предложенные автором решения находят применение и в стратегическом планировании развития системы водоотведения. Данная стратегия подробно описана в издании «Водоснабжение и водоотведение в Санкт-Петербурге» под общей редакцией Ф.В. Кармазинова (2008 г.), в написании которого, а также в составлении Генеральной Схемы развития систем водоотведения в Санкт-Петербурге на 2015-2025 гг. принимала участие автор настоящей диссертации.

Личный вклад соискателя. Автором диссертации организован и осуществлен комплекс научных исследований на действующих очистных станциях Санкт-Петербурга и пригородов, представляющих собой современные системы сооружений по глубокой очистке сточных вод и обработке осадков, оснащенных новейшими техническим оборудованием, средствами управления и автоматизации технологических процессов.

Собраны, систематизированы и обобщены материалы работы производственных сооружений за длительный период их эксплуатации, проведена математическая обработка, подготовлена, опубликована и внедрена методика расчета очистных станций в комплексе обработки воды и осадка.

Соискатель участвовала в работах на экспериментальной секции аэротенка (100000 м3/сут) Северной станции аэрации, на комплексах очистных сооружений гг. Сестрорецка и Зеленогорска. Работы проводилась по заказам ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» - «Правобережный Водоканал.

На канализационной очистной станции г. Кронштадта при личном участии автора была предложена и внедрена технология денитрификации в первом коридоре аэротенка с применением барботажа. Подобное решение (с поперечной циркуляцией иловой смеси) по предложению автора внедрено и успешно функционирует на станции аэрации г. Зеленогорска,.

Также автором диссертации проверено влияние сбраживания осадка первичных отстойников, циркуляции иловой смеси (путем уменьшения рециркуляции в 1,5 раза) и иитратсодержащей иловой смеси (путем выключения перекачивающих насосов) на ход процессов биологической очистки очистных канализационных сооружений г. Сестрорецка в производственных условиях.

Личное участие автора отражено в совершенствовании технологии очистки сточных вод на ряде действующих КОС и в организации научно-исследовательских работ на некоторых из них. Перечень выполненных автором работ:

• разработка программы производственных экспериментов;

• проведение поисковых опытов и внедрения положительных результатов в схему станции;

• организации дополнительного лабораторно-технического контроля исследований на станциях аэрации;

• обработка результатов измерений и анализов, определении параметров эффективности работы сооружений;

• формулировка математических описаний процессов очистки;

• подготовка практических рекомендаций по совершенствованию процесса очистки сточных вод

• составление регламентов по эксплуатации очистных сооружений

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались

на следующих научно-технических конференциях:

• ежегодных научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ, начиная с 1998 г.;

• конференции «Чистая вода. Новейшие инженерные разработки в области водо-подготовки и водоотведения.» Санкт-Петербург;

• международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития водного хозяйства малых городов» г. Витебск, Беларусь;

• Всероссийской научной конференции «Ресурсосбережение водо- и почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем», Казань;

• научно-практической конференции НПП «Биотехпрогресс» Санкт-Петербург.

Внедрение результатов работы и тематически связанных рекомендаций

автора осуществлено на следующих объектах:

• на Сестрорецкой СА - в виде рекомендаций по совершенствованию схемы, наладке сооружений и разработки регламента по их эксплуатации;

• на Зеленогорской СА — в виде рекомендаций по изменению конструкции аэротенков и их испытаниям, а также составления инструкций по эксплуатации биоблока;

• на Кронштадтской СА - в виде рекомендаций по изменению аэрационной системы, введению денитрификатора в технологическую схему станции, испытанию системы очистки со сбраживанием загрязнений в сточных водах;

• на ЮЗОС: в виде подготовки и обучения эксплуатационного персонала, участия в пуско-наладочных работах;

• на Северной СА - в форме участия в испытаниях опытно - промышленной секции №5 аэротенка производительностью 100000 м3/сут с проведением пуско-наладочных работ и составлением регламента по эксплуатации; на той же станции - в виде рекомендаций по уплотнению избыточного активного ила при добавке флокулянта;

• на Колпинской СА - в виде рекомендаций по совместному и раздельному обезвоживанию осадков;

• на Петродворцовой СА - в виде рекомендаций по проектированию.

По рекомендациям автора:

• ГУП "Ленгипроинжпроект" проектирует очистные станции п. Металлострой (240 ООО м3/сут), г. Ломоносова (60000 м3/сут), а также Красносельскую CA (150 000 м3/сут);

• ЗАО «Проектный институт «Ленинградский Водоканалпроект» проектирует реконструкцию очистных сооружений г. Петрозаводска (140 000 м3/сут), г. Кировска (16 000 м3/сут), г. Выборга Ленинградской области и г. Ленска (Якутия, 20 000 м3/сут).

• Построены и действуют станции малой производительности (институт «Водопроект - Гипрокоммунводоканал г. Санкт-Петербург») в Ленинградской области (база отдыха «Буревестник», 300 м3/сут), в г. Находке, в г. Смоленске, и на других подобных объектах в различных регионах РФ.

Публикации: по теме диссертации всего опубликовано 40 работ, в том числе 1 монография, 3 монографии в соавторстве, 2 учебных пособия, 34 статьи (из них 9 в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ), а также 3 отчета по научно-исследовательским работам.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете, и является обобщением результатов исследований, проведенных автором диссертации в течение 10 лет на действующих очистных сооружениях Санкт-Петербурга и пригородов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы из 142 наименований, 13 приложений. Работа изложена на 259 страницах текста (без учета приложений), включает 100 рисунков и 34 таблицы. В приложениях приводятся акты и справки о внедрении результатов диссертационной работы, основные данные по работе КОС и др. документы.

Проведение исследований и написание настоящей диссертации было бы невозможно без содействия доктора технических наук, профессора Б.Г. Мишуко-ва, которому автор приносит слова благодарности за ценные советы и постоянную помощь в выполнении работ.

Автор диссертации выражает искреннюю признательность за помощь и поддержку сотрудникам ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» Г.П. Медведеву, Б.В. Васильеву, Е.М. Протасовскому, МГУП «Мосводоканал» Д.А. Даниловичу.

Автор диссертации также глубоко признательна главным технологам станций аэрации Г.Н. Рафаловичу, С.Е. Маскалевой, O.A. Ломиноге и сотрудникам ХБЛ ССА и Сестрорецкой станции аэрации за многолетнюю помощь в работе, а также сотрудникам ЦСА, ПСА и Зеленогорской станций аэрации, сотрудникам ГУП «Ленгипроинжпроект», ЗАО «Проектный институт «Ленинградский Водоканалпроект», «Водопроект Гипрокоммунводоканал Санкт-Петербург».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель и задачи исследований, приводятся сведения о новизне исследований, апробации работы и практической реализации ее результатов, обосновывается выбор объектов для проведения исследований.

Исследования проводились на действующих очистных сооружениях г. Санкт-Петербурга и пригородов. Лабораторные исследования, полупроизводственные, опытно-промышленные испытания были проведены в Санкт-Петербурге в 1983-1995 гг. (канд. техн. наук Я.М. Добрых и канд. техн. наук И.И. Иваненко), и были использованы для дальнейших исследований. Объектами, на которых проводилось изучение процессов, служили следующие станции аэрации (по проектной производительности):

• Сестрорецкая станция аэрации (СА) (17 ООО м3/суг),

• Пушкинская СА (72 ООО м3/сут),

• Зеленогорская СА (11000 м3/сут),

• Северной СА (1 250 ООО м3/сут),

• Кронштадтская СА (33 ООО м5/сут).

Для исследований использовались сведения о результатах работы:

• Юго-Западных очистных сооружений (ЮЗОС) (330 000 м3/сут),

• Центральной СА (1 500 000 м3/сут),

В первой главе диссертации (характеристика исходных и осветленных сточных вод на изучаемых канализационных очистных сооружениях) дается характеристика расхода и состава сточных вод на изучаемых объектах, приводится состав исходных сточных вод в сухую погоду и состав осветленных сточных вод после механической очистки. Таким образом, освещены условия формирования исходных данных при проведении исследований процессов биологической и химико-биологической очистки сточных вод от азота и фосфора. При этом установлено, что концентрации загрязнений в исходных и осветленных сточных водах на исследуемых объектах, типичны для большинства КОС Российской Федерации. Данный факт позволяет распространить результаты, полученные автором диссертации, за пределы Северо-западного региона.

Состав сточных вод в сухую погоду может быть определен по эквивалентному количеству загрязнений на одного жителя, г/челсут (65 по взвешенным веществам, 120 по ХПК, 55 по БПК5, И по азоту общему, 1,8 по общему фосфору) и количеству отводимых сточных вод (в среднем 400-450 л/чел сут).

Описание хода механической очистки сточных вод было выполнено автором диссертации в более ранних работах и детально изложено в книге «Удаление азота и фосфора на очистных сооружениях городской канализации» (СПб, 2004 г.). В отличие от существующих способов расчета в формулу введена зольность взвешенных веществ (от 30-55 %). Предложен способ учета количества загрязнений, выводимых с осадком первичных отстойников (1,69 г/г по ХПК, 0,71 г/г по БПК3>

0,072 г/г по общему азоту и 0,018 г/г по общему фосфору в пересчете на сухое беззольное вещество осадка).

Системный подход к оценке состава осветленной воды, выходящей из первичного отстойника, базируется на основании результатов эксплуатации первичных отстойников действующих канализационных очистных станций гг. Москвы и Санкт-Петербурга, с учетом удаления загрязнений (включая азот и фосфор) с оседающим в отстойниках осадком.

Во второй главе диссертации (современное состояние технологии биологического удаления азота и фосфора) приводится информация о развитии систем и сооружений для биологической очистки сточных вод, современных схемах биологического удаления азота и фосфора, анализируются процессы биологической очистки в анаэробных, аноксидных, оксидных условиях, оцениваются существующие математические модели процессов биологической очистки. На основании вышеизложенной информации формулируются цели и задачи исследований.

В главе показано, что на практике применяются различные способы и схемы биологического удаления азота и фосфора. Основой биологической очистки сточных вод является инженерное управление развитием и сохранением полезного биоценоза и в создании надлежащих условий для существования каждой группы бактерий, осуществляющих удаление азота и фосфора.

При этом основными параметрами для оценки эффективности очистки служат ХПК, БПК5, концентрация взвешенных веществ и соединений азота и фосфора. Учитывая сложность определения количества микроорганизмов, задействованных в процессах нитрификации, денитрификации и дефосфатирования (аммонификаторов, нитрификаторов, денитрификаторов, фосфор-содержащих и фосфор-мигрирующих), ход биологической очистки оценивается по нагрузке на ил. Параметры возраста ила, его дозы и прироста используются как вспомогательные.

Успешное проведение дефосфатирования путем вытеснения в анаэробных и последующего поглощения фосфатов в аэробных условиях возможно в условиях жесткого анаэробиоза при полном отсутствии растворенного кислорода, минимальном присутствии нитритов и нитратов в поступающих потоках сточных вод и в циркулирующем активном иле, достаточном количестве биологически усваиваемых органических веществ.

Эффективная денитрификация в аноксидной зоне возможна при отсутствии растворенного кислорода (в объеме иловой смеси или внутри хлопков ила) и обильном снабжении ила легкоокисляемыми органическими веществами в количестве 8-15 г БПК5 на 1 г денитрифицированного азота. Наиболее экономичным способом является предшествующая денитрификация, базирующаяся на запасе органических веществ в сточных водах.

Нитрификация, как наиболее длительный и ответственный процесс, зависит от концентрации растворенного кислорода. Поэтому предложено осуществ-

лять нитрификацию в области средней концентрации растворенного кислорода 2,5-3,0 мг/л, т. е. в диапазоне слабого его влияния на ход процесса. Для нитрификации азота аммонийного бактериями- нитрификаторами в оксидной зоне необходим небольшой избыток растворенного кислорода, предварительное изъятие 50-60 % загрязнений по БПК5, благоприятный температурный режим (Т- 10-20°). В условиях поступления разбавленных вод и низкой нагрузки на ил допустимо применять температурную поправку для нитрификации в виде Кт - 1,072т'3

Для достижения положительных результатов очистки целесообразно принимать конструкции биоблока с жесткими перегородками, исключая тем самым влияние переходных процессов (от анаэробных условий к аноксидным, от аноксидных к оксидным и наоборот). При этом обеспечивается отсутствие кислорода и перенос нитратов в анаэробные зоны, атакже создается благоприятный кислородный режим в оксидных зонах и в потоках циркулирующей иловой смеси.

В математических описаниях процессов на практике используются модели, построенные на базе одностадийных и многостадийных биохимических реакций. При этом наблюдаются приблизительно одинаковые погрешности расчетов (расхождения составляют 1-3 %). Модели одностадийных реакций более просты в обращении.

Цели и задачи исследований, сформулированные во второй главе, в полном объеме приведены в первой части настоящего автореферата.

В третьей главе диссертации оисследование процессов биологического и химико-биологического удаления азота и фосфора на изучаемых объектах в производственных условиях) приводятся основные результаты проведенных автором работы производственных экспериментов и теоретических исследований.

Автором в течение ряда лет проводился производственный эксперимент по подбраживанию осадка в первичном отстойнике на КОС г. Сестрорецка. Осадок откачивался из одного из отстойников и направлялся во второй первичный отстойник, который работал в режиме сбраживателя.

Введение сбраживателя положительно отразилось на усилении процесса денитрификации: общий азот в очищенной воде снизился с 10-13 мг/до 8-10 мг/л, общий фосфор с 1,1-1,5 мг/ до 0,8-1,0 мг/л. Контроль за брожением проводился по показаниям редоксметра. Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) колебался в пределах минус 100 до 60 ш V, вода имела темно-серый цвет и слабый запах сероводорода. Качество исходной и осветленной воды показано в табл. 1.

Разница между качеством осветленного стока и смеси осветленного и сброж-ненной воды по БПК5 и ХПК была невелика, в пределах погрешности измерений. На Юго-Западных очистных сооружениях (ЮЗОС) г. Санкт-Петербурга один из четырех первичных отстойников также был переведен на режим сбраживания осадка. Денитрификация и дефосфатирование улучшились.

Подобные явления были отмечены и во время проведения исследований на опытной пятой секции аэротенка Северной станции аэрации, на которой низкая остаточная концентрация фосфора была обусловлена подбраживанием сточных вод в подводящем коллекторе.

Таблица 1

Качество исходной и осветленной воды со сбраживанием и без сбраживания осадка первичных отстойников

Показатели состава, мг/л Без сбраживателя 2005 г. Со сбражнвателем 2006 г.

исходная осветленная исходная осветленная

Взвешенные вещества 160 45 170 59

ХПК 360 160 380 220

бпк5 100 60 110 75

Азот общий 30 . 30 .

Азот аммонийный 18 20 -

Фосфор общий 3,7 - 4,0

Фосфор фосфатов 1,9 - 2,1 -

Производственные испытания по биологическому удалению азота и фосфора на канализационных очистных станциях. КОС г. Сестрорецка проведены автором диссертации в 2006-2007 гг. Измерение окислительного - восстановительного потенциала по ходу очистки воды показало (рис. 1), что в анаэробной и аноксидной зонах восстановительный потенциал недостаточен для интенсивного проведения процессов вытеснения фосфора и восстановления нитратов.

После использования одного из первичных отстойников как сбраживателя ОВП стал изменяться и достигал более желательных значений в анаэробной зоне аэротенка. Слабые восстановительные условия в анаэробной и аноксидной зонах решено было усилить за счет регулирования рециркуляции ила и иловой смеси.

Кратность рециркуляции была снижена с 90 до 60 %. Постепенное увеличение дозы ила с 1-2 до 4 г/л усилило и стабилизировало нитрификацию, количество азота нитратов возросло до 8,8-9,2 мг/л. В анаэробной части блока происходило вытеснение фосфатов, в аноксидной - денитрификация, в оксидной части -потребление фосфора и нитрификация. Оперативный контроль за сбраживанием примесей проводилось эксплуатационным персоналом по органолептическому показателю наличия сероводорода (потемнение воды, запах).

Полученные автором фактические параметры работы биоблока на рис. 2, а результаты эксперимента приведены в табл. 2 (осенне-зимний период) и табл. 3 (весенне-летний период).

Ю 56 ---------------------------------------------------------------------------------------

S0 «

« Ж

эи Г *

» 16 -f-

то в f

0 4 I "Т'-Г"1 1 '1 1 " Г- 1 ■■> Г Г 1 1 1 > 1

•10 •15 — /—- ——

-20 -25 ----

-эи 35

-4U — у/-

-го 45 --

•40

Рис. 1. Изменения ОВП по зонам биоблока (КОС г. Сестрорецка) (номера точек в биоблоке см. рис. 2)

?'6 «»

I'2

я 10 !8

\ 1 "Г"

-•-N-N03

\1

V

\

N >

\

0 1 г 3 4 5

9 10 II 12 13 14 15

22 « 20 5,6

Г8

I »

I'2 » 10

г:

I г о

\

\

\ -•-N-N0 -*-Р-Р0

3

ч >4

-^э :-

0 1 2 Э

4 5 6 7

9 10 11 12 13 14 15 16 1? 16 19 II |оч«ка мротвнкв

Рис. 2. Изменения показателей состава воды в биоблоке КОС г. Сестрорецка в осенне-зимний и весенне-летний периоды.

Точками 1-18 обозначены места отбора проб. N-№4; N-N03 - азот аммонийный и нитратный; Р-РО4 - фосфор фосфатов.

Таблица 2

Результаты работы бноблока КОС г. Сестрорецка в осенне-зимний период

Показатели состава, мг/л нояб рь 2006 г. декабрь 2006 г.

вход выход вход выход

Взвешенные вещества 140 4,4 150 9,5

ХПК 320 52 440 49

ВПК, 120 3,9 130 4,7

Азот общий 23 11 30 11

Азот аммонийный 22 0,32 23 0,3

Азот нитратный 0,11 8,8 0,1 9,2

Фосфор общий 4,0 0,67 3,4 0,54

Фосфор фосфатов 1.8 0,56 1,3 0,21

Таблица 3

Результаты работы биоблока КОС г. Сестрорецка в весенне-летний период

Показатели состава, мг/л апрель-август 2007 г.

вход выход

Взвешенные вещества МО 5,0

ХПК 310 44

БПК, 106 4,6

Азот общий 26 8,0

Азот аммонийный 18 0,3

Азот нитратный 0,083 5,4

Фосфор общий 3,6 0,8

Фосфор фосфатов 2,5 0.6

Значительное влияние на качество очистки сточных вод от фосфора оказывают вторичные загрязнения. Совместное уплотнение осадка первичных отстойников и избыточного ила имитирует процессы вытеснения фосфора в анаэробной зоне, в результате этого вынос фосфатов со сливной водой приводит к повышению концентрации фосфора в очищенной воде. Еще худшие результаты наблюдаются при длительном пребывании в резервуарах смеси осадка и ила.

Для предотвращения появления вторичных загрязнений на Сестрорецкой станции аэрации была внедрена система раздельного уплотнения и обезвоживания осадков. Продолжительность уплотнения избыточного ила сокращено до 5-7 ч во избежание выноса фосфора. Обезвоживание осадков возможно осуществлять последовательно, т. е. сначала избыточный ил, а затем осадок первичных отстойников, так как длительное хранение осадка не влияет на вынос фосфора. Раздельное уплотнение ила и осадка при раздельном их обезвоживании позволили снизить уровень загрязненности сливных вод и фугата по фосфору до уровня 10-20 мг/л, что благоприятно отражается на конечных результатах очистки.

Технологические схемы блока биологической очистки отличаются большим разнообразием, но в основном включают три основных элемента в биоблоке: зону анаэробной обработки смеси ила и сточных вод; аноксидную зону для денитри-фикации; оксидную (аэробную) зону для проведения нитрификации. Каждая часть блока биологической очистки (биоблока) может состоять из нескольких отсеков с различным оснащением.

Удаление азота и удаление фосфора взаимосвязаны. Глубокое удаление азота, возможное при снижении нагрузки на ил, снижает прирост ила и не способствует повышению содержания фосфора в клетках.

С другой стороны, повышение нагрузки на ил интенсифицирует удаление фосфора. Выбирая режим работы аэротенков, следует определить приоритетный вид удаляемого загрязнения - азот или фосфор в очищенной воде, в увязке с достигаемым уровнем очистки.

В силу достаточно жестких требований по содержанию фосфора в очищенной воде приоритеты перемещаются в сторону удаления фосфора. Следует обра-

тить внимание на возможные негативные явления, связанные с рециркуляцией возвратного ила. В ночные часы, при малом расходе сточных вод и низкой их концентрации, наблюдалось накопление нитратов в предденитрификагоре см. схему на рис. 3, д.

I©

С

во 06 \ /__

Y

>г—^-Т , I

— TzL_z

ВО 03

0

с

lit]

Ь®_.

Т~1

с

Рис. 3. Наиболее эффективные технологические схемы блоков биологического удаления соединений азота и фосфора из сточных вод:

я - АА/О; б - Phoredox modification; в - UCT-, г - JHB\ д - JHB modification.

Ана -анаэробная часть; Ано - аноксидная часть; Оке - оксидная часть; ВО - вторичный отстойник; СВ - подача сточных вод; ОВ - очищенная вода; Рч - рециркуляция активного ила; R.v - рециркуляция гопратсодержащей иловой смеси.

Наиболее распространенными схемами биологической очистки являются UCT и JHB modification (рис. 3). Автором диссертации для вновь создаваемых КОС рекомендуется более гибкая адаптивная схема расположения блоков под названием «Uni», показанная на рис. 4. Из теории сложных систем известно, что адаптивная система, при прочих равных условиях, обеспечивает лучшие результаты обработки, по сравнению со статичными системами, и системами с программным или ручным управлением.

В этой схеме циркулирующий активный ил /?, впускается дробно в предце-нитрификахор (ПД) и в основной денитрификатор Ано в зависимости от содержания нитратов в иле. Для денитрификации ила в ПД подается часть сточных вод qp в соответствии с потребностью в необходимом количестве органических веществ для денитрификации (8-10 мг БПК5 на 1 мг азота нитратов). Остальная часть стока направляется в анаэробный отсек для усиления вытеснения фосфора из клеток

бактерий. Рециркуляция нитратсодержащей иловой смеси включается периодически при излишнем накоплении нитратов в оксидной зоне, либо постоянно. В системе возможно использование реагентов для углубления очистки сточных вод от фосфора.

ПД - предценнтрифнкатор; Ана -анаэробная часть; Ано - аноксцдная часть; Оке - оксидная часть; Ано-Окс - маневренная зона; ВО - вторичный отстойник; СВ - подача сточных вод; ОВ — очищенная вода; К, - рециркуляция активного ила; рециркуляция нитратсодержащей иловой смеси.

Схема Uni, сочетающая в себе достоинства схем UCT и JHB modification, в случае применения современных компьютерных комплексов мониторинга и контроля параметров сточных вод и очищенной воды в режиме реального времени, позволяет реализовать адаптивную систему очистки, оперативно реагирующую на изменения внешних и внутренних параметров.

Поступающие от комплекса мониторинга и контроля параметров управляющие сигналы могут быть использованы для переключения режимов схемы Uni, переброски потоков сточных вод, возвратных вод, циркулирующего активного ила, а также определения дозы реагента.

Для глубокой очистки сточных вод от фосфора применяется реагентная обработка. В качестве реагентов используются соединения железа и алюминия. Реагенты на основе железа предпочтительны, вследствие меньшей токсичности. На практике в качестве реагента для удаления фосфора широко используется ферро-сульфаг (Fe2(S04)3), коммерческое наименование Ferix-3 (фирма Kemira).

Автором проводились производственные эксперименты по реагентному удалению фосфора из сточных вод на Сестрорецкой и Зеленогорской КОС. На Сестрорецкой КОС было проведено три цикла испытаний: при подаче реагента перед первичными отстойниками, при подаче реагента в иловую смесь перед вторичными отстойниками и при подаче реагента в циркулирующий активный ил. Во время проведения первого цикла испытаний было установлено, что при дозе реагента 4,0-7,0 г/м3 по Fe+3 снижение количества фосфора фосфатов в первичных отстойниках было не столь эффективным, так как в осветленной воде оставалось от 0,78 до 2,13 г/м3 фосфора (в среднем 1,46 г/м3). Стало очевидным, что в секциях аэротенков происходило активное связывание фосфатов избыточным количеством железа, выходящим с осветленной водой, в связи с чем концентрация фосфора фосфатов в иловой смеси и в очищенной воде снижалась до уровня чувствительности метода их определения (менее 0,10 г/м3).

Во втором цикле испытаний место ввода реагента было изменено. Реагент с дозой 3,0-4,0 г/м3 по Ре+3 подавался в распределительную чашу вторичных отстойников. Сразу же обнаружилось неравномерное распределение реагента между отстойниками вследствие неустойчивого движения иловой смеси в чаше: струя воды с реагентом чаще всего попадала только в один отстойник, повысилось содержание железа в очищенной воде до 0,4-0,6 г/м3. Количество фосфора в очищенной воде при этом снизилось до 0,4-0,6 г/м3. По результатам третьего цикла испытаний сформулирован вывод о предпочтительности ввода реагента в циркулирующий ил: при подаче Fera-5 1,5-2,0 г/м3 по Ре+3 обеспечивалось снижение концентрации фосфора в очищенной воде до 0,2-0,4 г/м3.

Результаты обследования КОС г. Зеленогорска (табл. 4) показали, что введение реагента до первичных отстойников дозой 4,0-5,0 г/м3 по Ре+3, снижает количество фосфатов только до 0,14—0,5 мг/л.

Таблица 4

Результаты обследования КОС п Зеленогорска

дата Показатели качества очищенной воды, мг/л

N-N11, N-N0, Р-РО,

28.11.07 0,27 13,2 0,17

05.12.07 0,15 9,63 0,25

12.12.07 0,15 11,4 0,31

19.12.07 0,15 6,60 0,50

26.12.07 0,15 16,20 0,24

23.01.08 0,18 13,50 0,20

30.01.08 0,20 13,90 0,26

06.02.08 0,11 11,60 0,14

В четвертой главе диссертаций {расчетэлементов блока биологической очистки) помещены результаты математического описания хода дефосфатирова-иия, денитрификации и нитрификации при биологической очистке сточных вод. Предложен комплексный параметр для оценки качества очищенной воды с использованием ХПК и степенью окисления азота аммонийного.

Для определения скорости очистки и продолжительности пребывания сточных вод составляются балансы по азоту и фосфору. Количество азота нитрифицированного (мг/л):

- Си" (1)

где Сщ - общий азот в осветленной воде; СНр. - азот в избыточном иле; С^рг

и С"н4 - азот органический и аммонийный в очищенной воде. Количество денитрифицированного азота (мг/л):

Скд (2)

где С"/ - общий азот в очищенной воде.

Вынос азота с приростом ила равен ЧРр где Jы - содержание азота в иле, г№г ила, а Р1 - прирост ила, г/м3.

Величина С"( равна

^м, = + С"0з + С;;орг (3)

По опыту работы очистных станций г. Москвы известно, что минимальное значение может быть составлять 5-7 мг/л при отсутствии механической очистки сточных вод, когда весь запас органических веществ, включая взвешенные вещества, направляется на денитрификацию нитратного азота.

Фосфор из системы выводится с избыточным активным илом, поэтому основной задачей технологии является повышение содержания фосфатов в клетках ила. Количество общего фосфора в очищенной воде:

(4)

где Ср" - общий фосфор в осветленной воде.

Активный ил в традиционных аэротенках содержит 0,012-0,018 г/г фосфора, в то время как наличие анаэробной зоны может повысить содержание 3? до 0,03-0,04 г/г, а при подаче реагента до 0,05-0,07 г/г.

В последующих расчетах оценивается вынос из системы азота и фосфора в составе избыточного активного ила. Прирост ила зависит от нагрузки на активный ил, по данным работы очистных станций Санкт-Петербурга

"(»■«с *■! '") ...

циТ™ (Н-Г ™

где Я,5 - нагрузка на активный ил по БПК5, кг/кг сут; у = 0,45 для БПК5.

Расчеты по определению параметров работы и объемов отдельных отсеков биоблока проводятся различными способами. Использование динамических моделей в эксплуатационных условиях практически невозможно, так как отсутствует измерительная техника для круглосуточного непрерывного контроля качества исходной, осветленной и биологически очищенной воды. Кроме того, следует учесть, что деление массы ила на группы микроорганизмов весьма условно. Исходя из этого, автором предложены обобщенные способы расчета, доступные для использования проектными и эксплуатационными организациями.

До начала детальных расчетов осуществляются оценочные расчеты по биоблоку в целом. В качестве основного параметра выбирают наиболее значимый. В зарубежной практике таким параметром назначается возраст ила в целом по биоблоку (либо по оксидной зоне).

Для системы с активным илом автором в качестве ведущего параметра предложено принимать нагрузку на активный ил, на общую биомассу либо на его беззольную часть. Нагрузка на ил определяет, как и для всех живых организмов, режим питания и размножения микроорганизмов, эффект очистки, состав биоценоза ила, плотность биоценоза при осаждении и уплотнении ила. Нагрузка на ил по БПК3, БПКл или ХПК напрямую связана с потреблением азота и фосфора, так как имеется прямая корреляция между содержанием органических веществ, азота и фосфора в различных формах.

Достаточно хорошо изучено влияние температуры воды на интенсивность биохимических реакций и, как следствие, на нагрузку на активный ил. В последние годы, в связи улучшением аналитической базы, чаще используют БПК} для вычисления нагрузки; низкие значения БПК5 очищенной воды (на уровне 4-6 мг/л) позволяют пренебрегать этой величиной и исчислять нагрузку только по БПК5 поступающей воды.

Нагрузка по БПК$ на массу ила //.

О •Iе"

(6)

Другой параметр - возраст ила ,- обозначает условную продолжительность пребывания ила в аэротенке (биоблоке) до момента его вывода и системы. Возраст ила вычисляют в зависимости от его прироста Р(

Ш •а1

Мсут 'I

в,-

Ссут

При этом не учитывают вынос ила с очищенной водой (в пределах 7-9 г/м3) из вторичных отстойников, как величину малозначащую по сравнению с количеством избыточного ила (60-90 г/м3).

Избыточный ил образуется в результате одновременно протекающих процессов прироста и самоокисления биомассы бактерий. Преобладание того ми иного процесса приводит к увеличению или снижению избытка ила.

По данным наблюдений, зависимость от температуры может быть представлена в виде (1,015-1,018)т'15, т. е. так:

р. = Р®*> ■ (8)

'(г> 1.018745

При расчете биоблока подбор параметров обычно начинают с назначения величины основного параметра, вычисляя значения остальных на основе нескольких приближений (способ итераций). Согласование параметров предложено осуществлять по соотношениям

Кп Я-а, а^Р, Ы {Ч)

В качестве главного назначаемого параметра применяется нагрузка на ил Н, так как нерегулярность удаления избыточного ила делает иногда неопределенным возраст ила, в то время как нагрузка всегда является конкретным параметром, независимо от частоты удаления избытка ила.

Назначение величины нагрузки на ил должно обеспечить необходимый эффект очистки по азоту, поскольку нитрификация является самым длительным процессом, так как объем анаэробно - аноксидных зон не превышает ЗСМО от общего объема сооружения. Степень очистки сточных вод по азоту можно представить

как

'-NH 4

С

n,

Следовательно, уравнение для допустимой нагрузки

С

ы,

(10)

Для условий Санкт-Петербурга и Москвы, на основе формулы, уточненной автором в ранних работах, по БПК5 формула принимает вид:

С

\0.45

Н, = 0,305 • (-—i)

' ' 4 en '

с

n,

График зависимости для ряда очистных станций показан на рис. 5.

При срыве нитрификации С"Н4 составляет 10-12 мг/л, я/°" = 200-220 мг/г-сут ( Т= 15°), при умеренном значении С"н = 4-5 мг/л величина

#,дол=140_150 мг/гсут, а в случае глубокой нитрификации - до 0,5 мг/л

по аммонийному азоту =50-60 мг/гсут, что соответствует практике очистки сточных вод.

Приведенные выше формулы дают возможность провести ряд ориентировочных расчетов, на основе которых далее будут определены объемы зон. Для практического применения предлагается такой порядок расчета. По требуемому качеству очищенной воды назначается остаточное содержание азота аммонийного С"Н4, далее по

)72г" 15

• ♦

* • ф" % *

• * / »

•

* «• /

Щ

Щ

W Ж м

(П)

Огаоманиа остаточного азота »иыьмивного к «юту об«аиу в осаитпвнной воде

Рис. 5. Зависимость допустимой нагрузки на ил по БПК5 от отношения азота аммонийного в очищенной воде к азоту общему в осветленной воде (Т= 15° С) для НЛСА2; ЦСА; ПСА; ССА, ЮЗОС, КронСА, СКС (2005-2008 гг.)

концентрации азота общего в осветленной воде С^" и температуре Т °С вычисляются по (11) допустимая нагрузка на ил , обеспечивающая прохождение нитрификации.

Допустимая нагрузка позволяет определить массу ила М1 в объеме биоблока

Я,д

Назначая рациональную для конкретных условий дозу ила, можем определить объем биоблока. Зная примерный прирост ила, вычисляем возраст ила в биоблоке

ргнг

(12)

Оценим вынос азота и фосфора с избыточным илом

СР

'-Ир-, ~ ' ре>

где ^ - содержание азота в иле, 0,06-0,08 г/г; - содержание фосфора в иле 0,02-0,03 г/г в схемах Денифо.

Таким образом, до начала детальных расчетов определяются общие параметры работы биоблока - примерный объем и продолжительность очистки, прирост и возраст ила, вынос биогенных элементов в составе избыточного ила. На основании предварительных расчетов ведется более детальный расчет емкостей блоков и кратности рециркуляции.

Математическое описание процессов биологической очистки составляются на основе одностадийных либо многостадийных ферментативных биохимических реакций.

Расчет объема анаэробной части биоблока производится по продолжительности пребывания в ней сточных вод

В ходе экспериментальной проверки было установлено, что между вытеснением фосфора из тела клеток и последующим его поглощением имеется прямая связь. Интенсивность вытеснения фосфора зависит от количества органических веществ (в том числе ацетата), поглощенных из раствора клеткой. Перенос водорода в системе дыхания клеток осуществляется при помощи ненасы-

¡т « *

I1

ю,- 0,0 ц1' У У

/

/ /

!

от о,о1 ош ога ой ои о» о,о? ов Недержание фосфора а ила, г/г

Рис. 6. Содержание фосфора в иле в зависимости от продолжительности анаэробной обработки для КОС г. Сестрорецка

щенных кислот жирного ряда, образуемых в процессе кислого брожения субстрата. Накапливаемые в теле клетки полифосфаты образуют подвижную часть в пределах 3-10 % от общего количества фосфора в иле.

В целом содержание фосфора в активном иле 3 предопределяющее вынос этого вещества в составе избыточного активного ила, зависит от количества и качества подаваемых органических веществ (представим этот фактор как БПК5

/"'), концентрации ила а,, содержания общего фосфора в сточных водах СеР"

и фосфора фосфатов С'рм , продолжительности анаэробной обработки и температуры Т. Следовательно

^ (14)

Сформулируем уравнение для расчета объема зоны на основе часто и просто контролируемых параметров. Зависимость процесса от Щ' и а. представим в виде нагрузки #/5, обеспеченность органическим субстратом как отношение

Ьеп

БПК5 к количеству минерального фосфора Ьуд = ——, поскольку общий фосфор

Ср"м

определяется редко, а содержание фосфатов почти ежедневно.

Итак <15>

Вид формулы по кинетике простых химических реакций

а"а~(н15Г-(ьуаГ2-кг (16)

Для разграничения количества фосфора между общим содержанием и накопленной частью фосфатов вычтем органический фосфор в количестве 1-1,5% от веса клеток (с зольностью ила), в частности в количестве 1%. В численном виде

бо-с/р-0-01)065

~ (Я/5)031 -(¿.а)05 • 1.072745 <17>

Jp-в долях единицы, #,5 в кг/кг-сут, Ь^ в г/г.

Полученная автором формула была проверена на практике и определены границы ее применимости ^ = 0,015-0,04; Н = 0,05-0,2 кг/кг сут; 15-35 г/г.

Начальными условиями для вывода формулы принято: жесткое деление блока на замкнутые блоки, отсутствие заметного влияния нитратов в циркулирующем иле вследствие предварительной денитрификации ила, полное отсутствие растворенного кислорода в иловой смеси (менее 0,1 мг/л), использование имеющихся в сточных водах загрязнений без добавки субстрата из внешних источников.

Расчетная формула по кинетике многостадийных ферментативных реакций составлена автором согласно рис. 6,

,__В

/(ЬудУ ту Кт где Д = 60 ■ - 0,01)°65 (18)

В численном виде

60-0,01)0 65 65 + 15 ^ я, (19>

-- ■ -1 1 ■ • К. ф

У в г/г; Я, в кг/кг сут; 1у> 0,105 + Н'

При расчете скорости деиитрификации главные влияющие параметры расположены автором в следующей последовательности: обеспеченность процесса восстановления легкоокисляемым субстратом с высокой энергетической отдачей; начальная концентрация нитратов в аноксидной зоне; эффект восстановления нитратов.

Концентрация растворенного кислорода, ингибирующая развитие деиитрификации, выведена из состава основных факторов по следующим причинам: в рациональных схемах Денифо количество возвращаемого кислорода невелико: в циркулирующем иле кислород отсутствует, в нитратосодержащем потоке растворенный кислород менее 4 мг/л, и циркуляция с кратностью 0,5-1,0 добавляет 2-2,5 мг/л кислорода, который немедленно поглощается гетеротрофными бактериями.

В начальной стадии деиитрификации наблюдается прямая пропорция между количеством биодеградабельного субстрата и скоростью процесса. В конечной стадии скорость деиитрификации более слабо зависит от наличия субстрата главным образом из-за обеднения его высокопитательными веществами. Поэтому порядок реакции по относительному запасу питательных веществ 1.уд, выраженных в виде БПК5 поступающей

жидкости по отношению к количеству денитрифицированного азота Сщ

¿5"

= г ), будет

меньше 0,9-1,0 и больше 0,3-0,4.

обаспачФнность лмкоокислямын субстратом, I 91 См*

Рис. 7. Зависимость скорости деиитрификации от обеспеченности легкоокисляемым субстратом в виде БПКз при Т-15 °С для Пушкинской станции аэрации (ПСА 1,0), Сестрорецкой станции аэрации (Сестр. СА 11^=0,9), Юго-Западных очистных сооружений (ЮЗОС 1,3) и по данным зарубежной литературы Дм*" 1,1-1,2.

Количество возвращаемых нитратов возможно представить как RN -С"^,

а кратность рециркуляции Rv = ——. В традиционных схемах Денифо содержа-

^-лгрз

ние азота нитратов в очищенной воде 6-9 мг/л, а количество денитрифицированного азота колеблется в пределах 8-12 мг/л, поэтому кратность рециркуляции может составлять 50-130 %, учитывая возврат нитратов в составе циркулирующего активного ила. Эффект восстановления нитратов часто не имеет существенного значения, поскольку иловая смесь из аноксидной зоны поступает в аэробную часть биоблока. Но в некоторых схемах, в частности UCT, предусмотрена вторая перекачка денитрифицированного ила в анаэробную зону.

Анаэробные условия легко нарушить при избытке нитратов, в связи с чем

целесообразно назначить остаточное количество азота нитратов С^ на уровне

0,3-0,5 мг/л в схеме UCT и 0,5-1,0 мг/л в остальных случаях.

На основе данных предложений составим формулу скорости денитрифика-

ции

гд = К- (ГудГ ■ (C"o}Rn-)"2 ■ (C^Г • Кт (20)

Температурную поправку возможно оставить в виде 1,072г'15, так как в де-нитрификации принимают участие 70-80% гетеротрофных микроорганизмов. В численном виде

гй = 0,83 - (Lyàf6 ■ (C^Rn-)03 - (С^з)012 -1.072745 (21)

Полученная автором формула была проверена на практике и определены границы ее применимости: £уд=5-12 г/г; Л^О,5-1,3; Сщ} = 6-9 мг/л (азот нитратов в очищенной воде); С"^ =0,3-1,0 мг/л (азот нитратов на выходе из аноксидной зоны). При составлении формулы также предполагалось деление блока на ограниченные отсеки (отсутствие переходных явлений), использование загрязнений сточных вод без внешнего источника, отсутствие заметного влияния растворенного кислорода (ограничения рециркуляции RN).

По классической модели многостадийной ферментативной реакции в численном виде представлена зависимость от (активация субстратом), (уровень восстановления нитратов), RN ■ С"^ (влияние начального содержания азота нитратов).

*

200.03 + Cj£ 2,5 ■ 1 + [RN ■ С"с>} ) (22)

Ограничения по применению формулы те же.

На рис. 7 показано изменение скорости денитрификации по данным, полученным автором на станциях аэрации гг. Пушкина, Сестрорецка, ЮЗ ОС и зарубежным публикациям.

Нитрификация, как биохимический процесс, протекает минимум в две стадии, иногда независимо друг от друга. На ЦСА наблюдались случаи ингибиро-вания второй стадии, и в очищенной воде количество нитратов возрастало до 15—20 мг/л.

На очистных станциях содержание нитрификаторов в иле не определяется, в лучшем случае осуществляются лабораторные опыты по определению скорости убыли аммонийного азота, но в виду большой погрешности в таких определениях необходим значительный объем экспериментальных данных и оценка внешних воздействий (солей тяжелых металлов, СПАВ и т. п.). Особенно сложно оценить эти процессы в случае использования прикрепленной биомассы, так как неясно поведение нитрификаторов в слое биопленки.

При расчете скорости нитрификации отметим несколько факторов, оказывающих существенное влияние на процесс. Известно, что активность нитрифицирующих бактерий требует поддержания повышенной концентрации растворенного кислорода - более 2 мг/л. При этом в публикациях не указывается, является ли названное значение средней величиной по длине коридоров аэротенков либо средним значением в контактных лабораторных опытах. В математическом виде

среднее значение СЦР может быть вычислено как функция от С™" по выражению СъР = 0,65• Со"■ По эксплуатационным данным обычно С™х поддерживают на уровне не более 4-4,5 мг/л, и среднее значение С^ составит 2,5-3,0 мг/л. Такой уровень аэрации возможно считать оптимальным, не оказывающим ингиби-рующее воздействие на сообщество гетеротрофов и нитрификаторов.

Другим условием эффективной деятельности нитрификаторов является отсутствие легко-окисляемых органических веществ. Практика показала, что расположение денитрификатора перед аэробной зоной - предшествующая денитрификация - гарантирует интенсивную нитрификацию, причем увеличение продолжительности денитрификации способствует устойчивости процесса, в особенности при необходимости глубокого удаления аммонийного азота.

Не располагая точным параметром для описания этого явления, считаем возможным внести в коэффици-

Рис. 8. Зависимость объемной скорости ншрификации от отношения азота аммонийного в очищенной воде к азоту аммонийному в осветленной воде (Т=15° С) для станций аэрации г. Сестрорецка, ЮЗОС и литературным данным

енты при основных функциях множитель (——)а' как отражение влияния нали-

^сум

чия или отсутствия легкоокисляемых органических веществ.

Следующим параметром будет эффект окисления аммонийного азота и его начальная концентрация. Скорость нитрификации снижается по мере окисления аммония, и возрастает с увеличением начальной концентрации (рис. 8).

Важным фактором, определяющим ход процесса, является температура воды. Учитывая низкие концентрации общего азота в исходной воде, слабую интенсивность аэрации и перемешивания, считаем необходимым использовать относительно низкое значение основания поправки типа 1,072г~15.

Общий вид функции скорости процесса нитрификации:

ЦТ Гех

(23)

"сум <-Ш4

К'н — коэффициент скорости нитрификации, зависящий от времени.

В диапазоне проверенных значений параметров - отношения —— от 0,1

IV

сум

до 0,3, кратности снижения аммония Ш4 от 0,025 до 0,3, значения Сд" от 20 до

Сеп

Ш4

40 мг/л, численные значения а; = 0,24, а2 = 0,45 и а^ = 0,7 приводят к наименьшим невязкам в вычислениях. Величина К'„ равна в среднем 1,2, а Кт= 1,072Г~АУ.

В численном виде г„ = 1,2 ■ (^)0'24 • (%Ц0'45 • (С™ )0'7 • 1,072"5 (24)

сын 4

Ограничения: IVд = (0,}-д,2)^сул1, С^4> 0,5-1 мг/л. Для условий Санкт-Петербурга (доза ила в аэротенках 2-3 г/л, концентрации растворенного кислорода СЦР= 2,5-3 мг/л, общий азот в осветленной воде менее 25 мг/л, объем денитрификатора не более 10 % от общего объема блока)

С"

возможно использовать упрощенную формулу гн =8,37-( )°'45 • 1,072Г15,

Се

4

V*, л045

или с учетом С'«.: =ки{сп,Т Кт (25)

с у^ть)

Кн - коэффициент скорости нитрификации, зависящий от времени. При температуре воды от 13 до 20 °С, Ки= 0,93-1.

При пользовании формулой (32) следует руководствоваться ограничениями: концентрация кислорода в среднем 2,5-3,0 мг/л, наличие предшествующей денитрификации, концентрация аммонийного азота в очищенной воде выше 0,5-1,0 мг/л (во избежание чрезмерного увеличения объема нитрификатора), температура воды 10-20 °С.

Скорость нитрификации может быть представлена в виде формул фермен-

Сех

тативной кинетики, для чего необходимо выразить влияние параметров ——-

^АУ/4

и С1" в виде явлений активации - ингибирования процесса.

Составлена следующая зависимость:

г"

г - 5. __С ми___(1 + 2 • С") • Сд" . ] 072г"15

" " ' г"' г" <ге" ' (26)

4 Г<еп ' /1еп ^ 1ПЛ

"-№/4 "-да/ц 1ии

Полученная автором формула бьша проверена на практике и определены границы ее применимости Шд = (0,1-0,2)0^, 0,5-1 мг/л.

Для математического описания процессов приведены примеры использования моделей одностадийных и многостадийных биохимических реакций. При этом наблюдаются приблизительно одинаковые погрешности (расхождения составляют 1-3 %). Модели одностадийных реакций более просты в обращении. Для оценки приведенных положений, а также для уточнения констант, внесенных в формулы, была осуществлена соответствующая экспериментальная работа на очистных станциях Санкт-Петербурга - Центральной, Северной, Пушкинской, Сестрорецкой, Зеленогорской, а также на Юго-Западных очистных сооружениях и сооружениях по очистке сточных вод г. Кронштадта, и подтверждена достоверность предложенных формул.

Вторичные отстойники. Характер работы вторичных отстойников в современных системах биологической очистки постепенно меняется, как в части гидродинамики движения воды и ила, так и в части доочистки и осветления биологически очищенной воды. В схемах Денифо вторичное осветление и вынос взвешенных веществ напрямую связаны с концентрацией фосфора: при содержании фосфора в иле Зр = 3 % и выносе ила 10-15 мг/л дополнительное количество общего фосфора составит 0,3-0,45 мг/л, что составит весомую прибавку к остаточному содержанию ортофосфатов.

Соотношения между БПКР XIIК, выносом взвешенных веществ и степенью снижения азота в очищенной воде. Остаточное количество загрязнений в очищенной воде состоит из нескольких компонентов. Первая часть, наиболее существенная, представлена медленно окисляющимися загрязнениями в посту-

пающих стоках, т. е. неокисленными органическими веществами в составе осветленных сточных вод. Вторая часть обусловлена наличием в общем стоке природных веществ типа гумусных кислот, которые практически не удаляются биологической очисткой, а только коагуляцией воды, главным образом сернокислым алюминием. Третья часть -взвешенные вещества из частиц вынесенного из вторичных отстойников активного ила.

Степень нитрификации и БПК5 взаимосвязаны

■ни" п>.от

* >• • . с •*

• • ♦ * 'и

• •». О** * * ;

- - •

щ 1Л-.

Их Ом 01Я а.'9

Рис. 9. Соотношение БПК5 и кратности снижения концентрации аммонийного азота в очищенной воде станций аэрации г. Санкт-Петербурга

длительностью и глубиной окисления аммонийного азота. На рис. 9 показано соотношение БПК5 и кратности снижения концентрации аммонийного азота в очищенной воде станций аэрации г. Санкт-Петербурга (2006-2008 гг.).

Большое количество анализов по различным сезонам года, в том числе в неблагоприятных условиях (снеготаяние, дожди, наводнения) усложняют математическую обработку, но, тем не менее, при удалении эксцессов, в количестве, не превышающем 10% от общего числа проведенных анализов, выявляется следующая зависимость:

' гех Л 4

V М/4 /

(27)

Включив в значение коэффициента А зависимость (ХПК)", получим двухпа-раметрическое уравнение

Г^ех \т1

Щ = Ах-{ХПКехТ

'Ш4

С

n11а у

Формула с определенными показателями степеней и коэффициентом = 0,61 • (ХПКех )°'65 •' ""

С" V ст

•-ЛГЯ4У

(28)

(29)

Полученные формулы дают возможность охарактеризовать состав очищенной воды. Использование комплексного показателя степени загрязненности очищенной воды по формуле 29 позволит уменьшить количество грубых ошибок при определении БПК5, что особенно важно для оценки соответствия качества воды действующим нормативным документам.

В ПЯТОЙ главе {обобщение материалов по реагентнойобработке сточных и возвратных вод для удаления фосфора) рассматриваются технологии реагент-ного удаления фосфора, обоснование выбора точки ввода реагента и эффективность применения реагентов. Приведены материалы по реагентной обработке сточных вод в сочетании с биологическими способами, которые позволяют обеспечить глубокую очистку воды от фосфора.

В 2007-2008 гг. испытания проводились с реагентом на основе железа Рег\х-Ъ (Ю-% раствор Ре2(804)3) фирмы Кегтга. Исследования проводились на реальных производственных объектах и дополнялись лабораторными экспериментами. Возможные точки ввода реагентов представлены на обобщенной схеме очистки сточных вод и обработки осадков (рис. 10), характерной в целом для очистных станций с законченным циклом обработки осадков, при отсутствии метантенков. Точки ввода реагента обозначены буквами от А до С.

Очищжная ПОД*

Рис.10. Технологическая схема канализационной очистной станции с обозначением мест ввода реагента. а, в, с, А £, О- возможные точки ввода реагента.

I - насосная станция; 2 - приемный резервуар; 3 - решетки; 4 - песколовки; 5 - первичные отстойники; 6 - блок биологической очистки; 7 — вторичные отстойники; 8 - ультрафиолетовое обеззараживание; 9 - илоуплотншели; 10 - резервуары осадков; 11 - обезвоживание осадков

Добавка реагента перед первичными отстойниками (точка А). Данный вариант представляет собой процесс коагуляции исходных сточных вод. Потребная доза по ¥с*} колебалась от 7 до 12 г/м3, меньшая доза для разбавленных стоков и большая для обычного состава. Снижение концентрации фосфора было непостоянным, так как дозирование реагентов производилось в лучшем случае по расходу стоков, но чаще постоянной дозой. Содержание фосфора в осветленной воде колебалось от 0,7 до 1,7 мг/л. Если дальнейшая очистка осуществлялась в обычных аэротенках, то эффективность была невысокой, так как в глубоко осветленном стоке оставалось мало загрязнений, прирост ила понижался, вынос фосфора с илом не позволял снизить концентрацию его в очищенной воде до 0,5 мг/л. Это явление наблюдалось автором на Зеленогорской станции аэрации. Аналогичные процессы возможно проследить на примере Кронштадтской, и Колпинской станций аэрации. На Юго-Западных очистных сооружениях при дозировании реаген-

та в ферментированную сточную воду перед первичными отстойниками доза реагента составляла 4,5 г/м3 по Ре+3, снижение фосфора с 4 мг/л до 2,9 мг/л.

При добавке реагента перед вторичными отстойниками (точка В) доза по Ре+3 снижается почти вдвое: 3,0 - 4,0 г/м3 при наличии анаэробной зоны в схеме биоблока (например, для очистных сооружений Сестрорецка) и 5,0-6,0 г/м3 при ее отсутствии (например, для очистных сооружений Кронштадта). Если необходимо низкое содержание фосфора в очищенной воде, то конкурентом фосфатов выступает гидроксил ОН", и мольное соотношение Ме/Р возрастает. Появляется нежелательный перерасход реагента на побочные процессы. Следует обратить внимание на условия ввода и перемешивания реагента. Добавка реагента в распределительную чашу способствовало неравномерному распределению его по отстойникам. Желательно подавать реагент в концевые части аэротенков, в зону аэрации, учитывая достаточно большую продолжительность реакции (15-20 мин. в контактных условиях). Соответствующим подбором условий коагуляции возможно добиться выноса фосфора на уровне 0,4-0,5 мг/л, не превышая дозу реагента более 5,0 г/м3 по Ре+3.

В 2005-2007 гг. проводились производственные испытания реагентного удаления фосфора на КОС г. Кронштадта. С января 2006 года началось стабильное дозирование Рет-Ъ в нижний канал аэротенков, средняя доза составляла по Ре+3 4,8-5,0 г/м3 сточных вод, концентрация общего фосфора в очищенной воде составила 0,88 мг/л, а содержание общего железа 0,39 мг/л.

Среди других узлов станции, в которых образуются вторичные фосфатные загрязнения, можно отметить сливные воды илоуплотнителей, резервуары для осадков, фугат узла обезвоживания. Загрязнение сливных вод зависит от продолжительности уплотнения избыточного ила (8-10 мг/л Р при уплотнении в течении 8-12 ч и 15-20 мг/л при суточном хранении).

Обработка сливных вод илоуплотнителей (точка С) эффективно осуществляется при дозе реагента 2-4 г/м3 по Ре+3 и целиком зависит от выноса ила со сливной водой. Регулирование выноса ила возможно только при помощи обработки ила флокулянтом перед уплотнителями и уменьшения продолжительности уплотнения.

Резервуары для смешивания и накопления осадков (точка й) могут иметь различную емкость, рассчитанную на продолжительность пребывания осадков от 1 до 5 ч. За время контакта ила с осадком первичных отстойников в воду выделяется значительное количество фосфора 250-300 мг/л, поэтому более желательным является раздельное хранение осадков. Добавка реагента в резервуар при совместном хранении осадка связана с исключительно высокими дозами реагента и низкой эффективностью (= 50 %) по связыванию фосфора.

При минимальном времени контакта (смешивание осадков в трубе перед центрифугами) вытеснение фосфора из ила происходит менее интенсивно, содержание его в фугате снижается только до 30-35 мг/л, и в этом случае возможно отказаться от реагентной обработки фугата.

Добавление раствора Репх-З в баки для смешения осадка началось в конце марта 2006 года. Цель дозирования - связывание фосфатов до начала обезвожива-

ния. Основная причина неэффективного удаления фосфора - это излишнее высвобождение фосфатов из избыточного ила, когда он вступает в контакт с сырым осадком в баках перемешивания осадков. Добавление раствора сульфата железа в количестве 190 г/м3 по Ре+3 в баки для смешения осадка снизило содержание фосфора растворимых фосфатов ниже 50 мг/л.

Качество фугата центрифуг полностью зависит от способа предварительного хранения осадков, поэтому в точке Е возможно удалить большое и малое количество фосфора. При совместном хранении осадков вытеснение фосфора достигает обычно до 150-200 мг/л фосфатов, и если количество фугата будет составлять 0,5-1,0 % от расхода воды, то вытесненный фосфор будет ощутимым для станции в целом. Раздельная схема хранения и обезвоживания осадков понижает содержание фосфора в фугате до 30-40 мг/л, и в общем балансе такое количество не столь ощутимо.

Во внутреннюю канализацию попадает достаточно много иловых и сливных вод, дренажной и технической воды. Качество ее переменно, поэтому при вводе коагулянта (точка Р) желательно усреднение состава и добавка флокулянта для снятия основной массы взвешенных веществ. Количество стоков в среднем 3-5 % от расхода воды, содержание фосфора переменно, в среднем от 15 до 50 мг/л. Коагуляция этого потока может оказаться оперативным средством для частичного снижения количества фосфора до уровня 0,6 - 0,8 мг/л в общем стоке.

Автором предложено осуществлять подачу реагента в циркулирующий активный ил (точка С). Это позволило достигнуть высоких показателей качества очищенной воды при минимальном расходе реагента.

В 2006-2008 гг. автором, совместно с ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга", на КОС г. Сестрорецка проводились производственные испытания реагентного удаления фосфора. Дозирование реагента производилось перед первичными отстойниками (ПО), в циркулирующий активный ил (ЦАИ) и в распределительную чашу вторичных отстойников (ВО). Подробные результаты производственных испытаний приведены в в табл. 5.

Таблица 5

Результаты производственных испытаний на КОС г. Сестрорецка при подаче реагента перед первичными, вторичными отстойниками и в циркулирующий активный ил

Томка ввода реагента Доза регента, г/м3 по ^ Фосфор общий в очищенной воде, мг/л Железо общее в очищенной воде, мг/л

А (перед ПО) 4,0-7,0 0,2 0,7-0,8

В (перед ВО) 3,0-4,0 0,5 0,6-0,7

в (в ЦАИ) 1,5-2,0 0,2 0,15-0,3

При вводе реагента в циркулирующий активный ил с постоянной и пропорциональной расходу ила дозой реакция происходит в условиях повышенного содержания фосфатов в иле, что характерно для откачиваемого из вторичных отстойников ила. При этом:

• доза реагента может быть снижена до 1,5-2,0 г/м3 по Ре+3;

• зольность ила возрастает незначительно (на 10-15 %), ил становится более тяжелым и быстро оседает, вынос взвеси из вторичных отстойников стабилизируется на уровне 6-7 мг/л, а БПК5 на уровне 4-5 мг/л;

• исключается риск проскока железа с очищенной водой, система очистки становится надежной и стабильной;

• улучшаются показатели узла обработки осадка и ила, так как химически связанный фосфор в иле переносится из твердой фазы в жидкую с меньшей скоростью.

В табл. 6 показаны результаты работы станции аэрации г. Сестрорецка при дозировании реагента в циркулирующий активный ил.

Таблица 6

Результаты работы КОС г. Сестрорецка при подаче реагента в циркулирующий активный ил

Показатели состава, мг/л 2008 г.

поступающая очищенная

Взвешенные вещества 137,5 4,0

хпк 320 22

ВПК, 113,3 3,0

Азот общий 33 7

Азот аммонийный 21 0,65

Азот нитратный 0,11 4,9

Фосфор общий 4,5 0,2

Фосфор фосфатов 2,3 0,10

Железо общее 4,35 <0,1

В шестой главе (РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ СООРУЖЕНИЙ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОТЫ ОЧИСТНЫХ СТАНЦИЙ, ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ) содержатся материалы рекомендательного характера. Приведены краткие рекомендации по расчету блоков биологической очистки, дана оценка работе пристанционных аккумуляторов - усреднителей, определена себестоимость очистки стоков на станциях различной производительности, дан перечень объектов внедрения результатов диссертационной работы.

Аккумуляторы - усреднители были предложены для выравнивания расхода и состава сточных вод для КОС п. Металлострой. В результате расчетов было определено, что наилучшие показатели достигаются при умеренном объеме аккумуляторов (не более 4-5 % от суточного притока) и увеличении объема аэротенка -нитрификатора на 10-12 %.

Себестоимость очистки сточных вод на станциях большой производительности составляет 2-2,2 руб/м3, на малых станциях 4-5 руб/м3. Добавка реагентов на крупных КОС при подаче реагента для части потоков несущественно увеличивает себестоимость очистки воды, а на малых станциях при коагуляции всего потока увеличение затрат составляет 15-20 %.

Внедрение результатов:

1. Проведение пуско-наладочных работ на Северной СА, Сестрорецкой и Зеленогорской СА.

2. Выданы рекомендации на проектирование, реконструкцию и расширение очистных станций для городов: Ленска Петрозаводска Магадана Кировска Смоленска, Кингисеппа, Обнинска (Калужской области) Удомли Тверской области, Гатчины, Луги, п. Отрадное (Ленинградская область), Красносельской станции аэрации, КОС п. Металлострой (Санкт-Петербург), отмечено участие в разработке генеральной схемы канализации г. Санкт-Петербурга на 2015-2025 гг.

3. Для повышения уровня квалификации сотрудников проектных институтов ЗАО «Проектный институт «Ленинградский Водоканалпроект», ГУП «Лен-гипроинжпроекг», «Водопроекг Гипрокоммунводоканал Санкт-Петербург» были изданы рекомендации в виде справочно-методического пособия «Технология удаления азота и фосфора в процессах очистки сточных вод» (Мишуков Б.Г., Соловьева Е.А. и др., 2008 г.) и монографии «Очистка сточных вод от азота и фосфора» (2008 г.).

4. Внедрение в учебный процесс подтверждается изданием в соавторстве двух учебных пособий в СПбГАСУ: «Расчет очистных сооружений городской канализации» (2005 г., 175 с) и «Расчет и подбор аэрационного и перемешивающего оборудования для биологической очистки сточных вод» (2007 г., 39 е.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены научно-обоснованные решения по совершенствованию технологии удаления азота и фосфора в комплексе по очистке городских сточных вод и обработке осадка. Совокупность проведенных исследований и опыт производственной проверки позволили получить новые научные результаты и сформулировать следующие основные выводы:

1. Растущая угроза массового развития процессов эвтрофирования водных объектов настоятельно требует снижения биогенной нагрузки по азоту и фосфору, создаваемой сбросом в водные объекты недостаточно очищенных сточных вод. Требования по снижению содержания указанных веществ устанавливаются на всей территории РФ. Рекомендациями Хельсинской комиссии по защите вод Балтийского моря установлены новые нормативы сброса для крупных городов - 10 мг/л по общему азоту и 0,5 мг/л по общему фосфору. Традиционные технологии очистки сточных вод не обеспечивают требуемого уровня качества очищенной воды.

2. Новые технологии анаэробно-аноксидно-оксидной обработки, производственные испытания и совершенствования которых ведется в России и во многих странах мира, способны обеспечить достижение высокого качества очистки при учете местных условий, оснащенности канализационных очистных станций средствами автоматизации процессов, подготовке эксплуатационного персонала, обеспеченности энергетическими и материальными ресурсами.

3. Исследования по разработке наиболее совершенных технологий очистки сточных вод и обработки осадков проводились на очистных станциях Санкт-Петербурга и пригородов, работающих по полной комплексной схеме очистки сточных вод, включая ликвидацию (сжигание) осадков. Отмечено, что характери-

стики загрязнений в исходных и осветленных сточных водах, зафиксированные на исследуемых объектах, типичны для большинства КОС Российской Федерации. Предыдущие разработки автора диссертации представляют собой элемент единой системы расчета концентрации загрязнений в исходных и осветленных (прошедших первичные отстойники) стоках. Определение состава осветленной воды достигается путем учета количества загрязнений (включая азот и фосфор), удаляемых с осадком в отстойниках. Для оценки качества осветленных сточных вод составлена математическая зависимость и введены конкретные параметры снижения показателей состава воды.

4. В современной практике применяются различные способы и схемы биологического удаления азота и фосфора. Основой биологической очистки сточных вод является инженерное управление развитием и сохранением полезного биоценоза и в создании надлежащих условий для его существования.

На исследуемых действующих очистных станциях применены две основные схемы работы биоблока - UCT и JHB mod. Обе схемы подтвердили высокую эффективность и надежность биологического удаления азота и фосфора. Вместе с тем выявлены недостатки упомянутых схем, связанные с недостаточно четко отрегулированной рециркуляцией потоков ила и нитрагсодержащей иловой смеси. Для вновь создаваемых очистных сооружений автором предложена новая адаптивная технологическая схема «Uni».

5. Для повышения эффективности биологической очистки необходимо обеспечить наличие в сточных водах достаточного количества органического субстрата. Для этого применяется сбраживание органических загрязнений в сточных водах до подачи их на биологическую очистку, что благотворно отражается на эффективности дефосфатирования и денитрификации. Процесс подбраживания примесей и осадка первичных отстойников может осуществляться путем накопления слоя бродящего осадка непосредственно в отстойниках, либо в обособленных сбраживателях. Автором рекомендовано использование одного из первичных отстойников в качестве сбраживателя, и предложен метод контроля за процессами сбраживания осадка первичных отстойников по органолептическим (цвет и запах), санитарно-химическим (концентрация сероводорода и летучих жирных кислот) и потенциометрическим способам (измерение окислительно-восстановительного).

6. Производственные испытания по биологическому удалению азота и фосфора, проведенные на ряде очистных станций (г. Сестрорецка, г. Пушкина, Юго-Западных очистных сооружений, Северной станции аэрации) показали, что этим способом можно достигнуть снижения концентрации общего азота до 8-10 мг/л, аммонийного азота до 0,3-0,5 мг/л, общего фосфора до 0,8-1,5 мг/л и фосфора минерального до 0,5-0,8 мг/л. Преимущество технологии безреагентной очистки состоит в сохранении естественных свойств осадка и ила - зольности не более 35 %, влажность обезвоженного осадка не более 75 %.

Основными параметрами работы сооружений биологической очистки являются: нагрузка на ил, возраст ила, объемная скорость очистки по отдельным показателям. При этом учитывается доза ила at и его прирост.

7. Используемые в настоящее время математические описания процессов биологической очистки по одно- и многостадийным ферментативным биохимическим реакциям применяются по аналогии с моделями изученных микробиологических явлений. Преимущества той или другой модели в точности отображения процессов исчезают в результате большой погрешности в определении концентрации загрязнений, обусловленных непредсказуемыми колебаниями расхода и состава сточных вод. Математические описания одностадийных биохимических реакций более просты в использовании.

8. С учетом согласования основных параметров процесса - нагрузки на ил, прироста и возраста ила, сформулированы зависимости для описания процессов, происходящих в биоблоке. Наиболее применимыми на практике представляются многопараметрические степенные зависимости. Составлены формулы для расчета процессов дефосфатирования, денитрификации и нитрификации.

Выведены соотношения между БПК5, ХПК, выносом взвешенных веществ и степенью снижения азота в очищенной воде (после вторичных отстойников). Предложен комплексный параметр для оценки качества очищенной воды.

9. Установлено, что миграция фосфора из тела клеток ила в воду и обратно активно проявляется при контакте избыточного ила и осадка первичных отстойников в узле обезвоживания. Наибольший прирост вторичных загрязнений по фосфору наблюдается при совместном хранении избыточного ила и осадка первичных отстойников. Для предотвращения роста вторичных загрязнений автором рекомендована раздельная обработка избыточного ила и осадка. При этом содержание фосфора в сливных водах и фугате сохраняется на уровне 30-40 мг/л.

10. Использование реагентных методов очистки несколько увеличивает эксплуатационные расходы. При этом наКОС, работающих без применения реагентов, содержание фосфора в очищенной воде составляет 1 мг/л, Реагентные схемы позволяют снизить данный показатель до уровня 0,4- ,5 мг/л, т. е. в 2-2,5 раза. Увеличение себестоимости очистки сточных вод на 5-20 % (в зависимости от производительности КОС) позволяет снизить содержание вредных примесей в очищенной воде на 50-60 %.

11. Предложенные усовершенствованные технологии очистки сточных вод оцениваются как наилучшие, рассматривается их применение на олимпийских объектах.

Основные положения диссертации представлены в следующих опубликованных работах

Публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ

1. Соловьева, Е. А. Экспериментальное исследование радиальных отстойников / Г. П. Медведев, Б. Г. Мишуков, Е. А Соловьева. // Водоснабжение и санитарная техника. -2000,-№8. С. 18-20.

2. Соловьева, Е. А. Опыт работы Сестрорецких канализационных очистных сооружений / Е. М. Протасовский, Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева // Водоснабжение и санитарная техника. Ч. 2- 2007. - № 7. С. 23-24.

3. Соловьева, Е. А. Совершенствование конструкций вторичных отстойников на канализационных очистных станциях/Е.А. Соловьева// Промышленное и гражданское строительство.-2008,- № 10. С. 37-38.

4. Соловьева, Е. А. Выбор технологических схем очистки сточных вод и обработки осадков при удалении азота и фосфора / Е. А. Соловьева // Промышленное и гражданское строительство. -2008. -№11. С. 47-49.

5. Соловьева, Е. А. Особенности работы и расчет современных аэраторов/ Е. А. Соловьева // Промышленное и гражданское строительство.- 2008. -№ 12. С. 36-64.

6. Соловьева, Е.А. Удаление азота и фосфора на канализационных очистных сооружениях / А. Н. Беляев, Б. В. Васильев, С. Е. Маскапева, Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева // Водоснабжение и санитарная техника. -2008. -№ 9. С. 38-43.

7. Соловьева, Е.А. Реагентное химико-биологическое удаление фосфора из городских сточных вод /Е.А. Соловьева// Вестник гражданских инженеров.- 2009. -№ 1. С.59-64.

8. Соловьева, Е.А. Реагентное удаление фосфора из городских сточных вод / Б.В. Васильев, Б.Г. Мишуков, Е.А. Соловьева// Водоснабжение и санитарная техника. -2009,- №2. С.58-60.

9. Соловьева Е.А. Влияние системы усреднения расхода и состава сточных вод на работу аэротенков-нитрификаторов / Г.П. Медведев, Б.Г. Мишуков, Е.А. Соловьева// Водоснабжение и санитарная техника. -2009. -№6. С. 65-71.

Монографии, справочно-методические и учебные пособия

10. Соловьева, Е.А. Удаление азота и фосфора на очистных сооружениях городской канализации / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева- СПб.: Приложение к журналу «Вода и экология. Проблемы и решения», 2004. - 72 с.

11. Соловьева, Е.А. Расчет очистных сооружений городской канализации: Учеб. пособие Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева, Ю. С. Захарова- СПб.: СПбГАСУ, 2005. -175 с.

12. Соловьева, Е.А. Расчет и подбор аэрационного и перемешивающего оборудования для биологической очистки сточных вод: Учеб. пособие / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева. - СПб.: СПбГАСУ, 2007. - 40 с.

13. Кармазинов Ф.В. и др. Соловьева Е.А. Водоснабжение и водоотведение в Санкт-Петербурге - СПб.: Изд-во «Новый журнал», 2008. - 462 с.

14. Соловьева, Е.А. Технология удаления азота и фосфора в процессах очистки сточных вод /Б.Г. Мишуков, Е. А. Соловьева, В. А. Керов, Л. Н. Зверева- СПб.: Изд-во журнала «Вода: технология и экология», 2008. - 144 с.

15. Соловьева, Е. А. Очистка сточных вод от азота и фосфора/Е.А. Соловьева-СПб.: Изд-во «ВодопроекгГипрошммунводоканал Санкт-Петербург», 2008. -100 с.

Публикации в других изданиях

16. Соловьева, Е.А. Эксплуатационная модель первичных отстойников // Труды молодых ученых. Ч. 2 /Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева. СПб.: СПбГАСУ, 1999. С. 27-30.

17. Соловьева, Е.А. Параметры математической модели первичных отстойников очистных станций Санкт-Петербурга // Тр. молодых ученых. Ч. 2. / Е. А. Соловьева СПб.: СПбГАСУ, 2000. С. 55-58.

18. Соловьева, Е.А. Результаты испытаний секции аэротенка ССА с удалением азота и фосфора // Док. 57-й науч. конф. /Б. Г. Мишуков, И. И. Иваненко, Е. А. Соловьева. СПб.: СПбГАСУ, 2000. С. 24-25.

19. Соловьева, Е.А. Результаты работы первичных радиальных отстойников КОС Санкт-Петербурга и Москвы и их математическая интерпретация //Док. 58-й науч. конф. / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева -СПб.: СПбГАСУ, 2001. С. 34-36.

20..Соловьева, Е.А. Результаты работы вторичных радиальных отстойников канализационных очистных сооружений и их математическая интерпретация // Тр. молодых ученых. Ч. 2./Е. А. Соловьева СПб.: СПбГАСУ, 2001. С. 55-58.

21. Соловьева, Е.А. Описание процессов нитрификации и денитрификации в биологической очистке сточных вод // Докл. 60-й науч. конф. /Е. А. Соловьева СПб.: СПбГАСУ, 2003. С. 23-25.

22. Соловьева, Е.А. Производственная проверка технологии биологического удаления азота и фосфора на Северной станции аэрации Санкт-Петербурга / Б. Г. Мишуков, И. И. Иваненко, Е. А. Соловьева. // Вода и экология. Проблемы и решения. -2000. -№ 2. С. 43-45.

23. Соловьева, Е.А. Математическое описание работы первичных радиальных отстойников Санкт -Петербурга / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева // Вода и экология. Проблемы и решения. -2000. -№ 3 .С. 45-48.

24. Соловьева, Е.А. Результаты работы вторичных радиальных отстойниюэв канализационных очистных сооружений и их математическая интерпретация /Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева// Вода и экология. Проблемы и решения.- 2001. -№ 2. С. 45-48.

25. Соловьева, Е. А. Особенности расчета аэротенков при удалении азота и фосфора/Е. А. Соловьева//Докл. 61-й науч. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета Ч. 1. СПб.: СПбГАСУ,- 2004. С. 15-17.

26. Соловьева, Е.А. Особенности биологической очистки городских сточных вод с учетом требований по азоту и фосфору / М. И. Алексеев, Б. Г. Мишуков, Е.А. Соловьева//Вестник гражданских инженеров.-2004.-№ 1.С. 124-132.

27. Соловьева, Е.А. Расчет и проектирование песколовок / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева// Вода и экология. Проблемы и решения.- 2004. -№ 1 С. 27-34.

28. Соловьева, Е.А. Оценка эффективности работы первичных радиальных отстойников / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева // Вода и экология. Проблемы и решения. -2004. -№ 2. С. 7-14.

29. Соловьева, Е.А. Современное положение и перспективы развития процесса обезвоживания и сжигания осадка на Северной станции аэрации / Б.Г. Мишуков, Е.М. Протасовский, В.В. Малышева, Е.А. Соловьева // Вода и экология. Проблемы и решения. -2005. -№3. С. 66-74.

30. Соловьева, Е.А. Технологическая схема работы Юго-Западных очистных сооружений города Санкт - Петербурга/ Я. А. Большеменников, С.Е. Маскалева, Б.Г. Мишуков, Е.А. Соловьева // Вода и экология. Проблемы и решения. -2006. -№1. С. 34-40.

31. Соловьева, Е.А. Схема очистки сточных вод на Юго-Западных очистных сооружениях при удалении азота и фосфора / Б.Г. Мишуков, Е. А Соловьева., С.Е. Маска-лева // Чистая вода. Новейшие инженерные разработки в области водоподготовки и во-доотведения: Сб. докл. конф. СПб.: Чистая вода,- 2006. С. 21-22.

32. Соловьева, Е.А. Очистка сточных вод базы отдыха «Буревестник» / Б.Г. Ми-шуков, Е. А. Соловьева, Д. В Серебряков. II Проблемы и перспективы развития водного хозяйства малых городов: Тезисы докладов международной научно-практической конференции. Витебск.: -2006. С. 77-79.

33. Соловьева, Е.А. Биотехнологии удаления азота и фосфора из городских сточных вод/ А.Б Адельшин, Б.Г. Мишуков, A.C. Селюгин, Е.А. Соловьева, A.A. Адельшин // Ресурсосбережение водо- и почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем: Сб. материалов 1 Всероссийской науч. монф. Казань,-2006. С. 15-22.

34. Соловьева, Е. А. Технология удаления азота и фосфора на ЮЗОС / Е.А. Соловьева//Докл. 63-й науч. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета. Ч. 2. СПб.: СПбГАСУ, -2006. С. 34-36.

35. Соловьева, Е. А. Новые конструкции и условия работы очистных сооружений Красносельской станции аэрации /Е.А. Соловьева, М.П. Попов// Тр. молодых ученых. СПб.: СПбГАСУ, -2006. С. 27-29.

36. Соловьева, Е.А. Технологии и схемы биологического удаления азота и фосфора из городских сточных вод / Б.Г. Мишуков, Е. А Соловьева, М. П. Попов // Вода: технология и экология. -2007,- № 1. С. 15-21.

37. .Соловьева, Е.А. Проверка технологий Денифо на очистных сооружениях г. Санкт-Петербурга и пригородов/ Б.Г. Мишуков, Е. А. Соловьева // Вода: технология и экология. -2007.- № 3. С. 43-49.

38. Соловьева, Е.А. Современные схемы очистки городских сточных вод / Е.А. Соловьева// Вестник гражданских инженеров. -2007.- № 4. С. 61-66.

39. Мишуков Б.Г., Соловьева Е. А. Оценка эффективности работы аэрационных систем // Вода технология и экология. 2008. № 2. С. 42-47.

40. Соловьева Е.А. Совершенствование процесса по удалению азота и фосфора из сточных вод /Е.А. Соловьева// Вестник гражданских инженеров. -2008. -№ 1. С. 59-64.

Подписано к печати 29.12.2009. Формат 60x84 1/16. Бум. офсет. Усл.-печ. л. 2,7. Тираж 150 экз. Заказ 159.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе СПбГАСУ 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

Компьютерная верстка И. А. Яблоновой

ВВЕДЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ И ОСВЕТЛЕННЫХ

СТОЧНЫХ ВОД НА ИЗУЧАЕМЫХ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ

1.1 Характеристика расхода и состава сточных вод на изучаемых объектах

1.2 Состав сточных вод в сухую погоду

1.3 Состав осветленных сточных вод после механической очистки

Выводы по главе

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

БИОЛОГИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ АЗОТА И ФОСФОРА

2.1. Развитие систем и сооружений для биологической очистки сточных вод

2.2. Современные схемы биологического удаления азота и фосфора

2.3 Анализ процессов биологической очистки анаэробных, аноксидных, оксидных)

2.4. Математическое описание процессов биологической очистки

Очистка сточных вод является одним из основополагающих компонентов системы защиты окружающей среды от загрязнения. В настоящее время в данной области наметились новые тенденции, образующие понятие «техника и технологии XXI века».

Новый подход к очистке сточных вод заключается в смене приоритетов. Если ранее основной задачей очистки считалось изъятие и окисление массы органических веществ, то сейчас основным видом загрязнений, подлежащих удалению, становятся биогенные элементы - азот и фосфор.

Удаление азота и фосфора из сточных вод предотвращает эвтрофикацию водных объектов, ставшую проблемой мирового масштаба. Бурное развитие технологий и технических средств ликвидации биогенного загрязнения базируется на использовании современного высокотехнологичного' оборудования, а также систем автоматического контроля и управления. Разработки в этом направлении весьма актуальны, обмен научным и практическим опытом крайне необходим.

Качество сбросных очищенных сточных вод, согласно рекомендациям Хельсинской комиссии по защите вод Балтийского моря от загрязнения! (ХЕЛКОМ), должно поэтапно улучшаться. Для этого в Санкт-Петербурге и пригородах построены и действуют очистные станции нового поколения, на которых, в рамках сотрудничества ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» с Германией, Францией, Данией, Финляндией, Швецией и другими странами Европы и мира, отрабатываются новые технологии и технические средства.

Актуальность темы диссертации. Растущее антропогенное и техногенное загрязнение водной среды выдвигает на первый план предотвращение эвтрофикации водных объектов, вследствие чего меняются приоритеты в целях и задачах систем очистки сточных вод и обработки осадков.

Эвтрофикация в поверхностных источниках в последние годы многократно усилилась, и превратилась в основную причину ухудшения качества вод, забираемых для питьевых нужд. Среди многочисленных факторов, определяющих интенсивность эвтрофикации, основным является поступление в водоемы значительного количества биогенных элементов - азота и фосфора со сточными водами от поселений, агропромышленных объектов и предприятий химической промышленности.

В связи с этим, актуальные ранее процессы удаления из сточных вод органических загрязнений и сохранения нормального кислородного режима в водных объектах утратили остроту, уступив место проблематике очистки стоков от азота и фосфора.

Настоящая работа направлена на развитие и совершенствование технологии удаления азота и фосфора из сточных вод, с учетом.'вторичных' загрязнений, поступающих от возвратных стоков узлов обработки осадков (сокращенное наименование технологического процесса - «Денифо» т.е. денитрификация и дефосфатирование), с целью решения актуальной задачи — минимизации сброса азота и фосфора в водоемы.

Цели исследований. Основной целью работы является разработка технологических процессов, направленных на максимальное изъятие азота и фосфора из сточных вод, потоков сливных вод и фугата. Для этого предполагалось выполнить:

• обоснование и экспериментальную проверку способов подготовки сточных вод для достижения наилучших результатов при последующей биологической или химико-биологической очистке;

• выявление факторов, определяющих скорость и эффективность процессов нитрификации, денитрификации, дефосфатирования, и провести количественную оценку их влияния на вышеозначенные процессы;

• производственную проверку наиболее совершенных схем очистки сточных вод, выявление их достоинств и недостатков, разработку новых, надежных и эффективных и технологий;

• производственную проверку технологических схем, предусматривающих реагентное удаление азота и фосфора, оценку эффективности применения химических реагентов, поиск наилучшего места их ввода, оценка уровня выноса вредных примесей, образующихся при использовании реагентов;

• математическую интерпретацию процессов биологической очистки на основе математических моделей простых химических реакций и многостадийных биохимических реакций;

• определить массу объемов выноса вредных веществ с иловыми водами и фугатом при обезвоживании осадков (вторичных, загрязнений), разработку комплекса мер по их минимизации;

• формирование и описание комплексной системы очистки сточных вод и обработки осадков, обладающей высокой эффективностью, и надежностью действия, соответствующей требованиям отечественных нормативов и международных соглашений по качеству очистки сточных вод.'

Научная новизна работы и полученных автором результатов. В ходе исследований, проводимых по указанным выше направлениям, установлено следующее:

В процессах биологического удаления азота и фосфора: • скорость нитрификации зависит от содержания общего азота в сточных водах и предварительного изъятия органических веществ в денитрификаторе; • скорость нитрификации не зависит от содержания растворенного кислорода при его количестве более 2 мг/л (по средней концентрации в оксидной зоне биоблока);

• нитрификация и денитрификация интенсифицируются с ростом поступления органических веществ улучшенной структуры, что достигается подбраживанием загрязнений в сточной воде и в осадке первичных отстойников;

• предварительная денитрификация возвратного активного ила с частью потока сточных вод улучшает анаэробиоз в анаэробной зоне биоблока и способствует интенсивному удалению фосфора;

• дефосфатирование интенсифицируется при поступлении в анаэробную зону биоблока всего потока денитрифицированного возвратного ила, а также при подаче в биоблок тонкодисперсных частиц взвеси и органических кислот.

Производственными испытаниями по реагентному удалению фосфора доказано:

• широко распространенный способ введения реагента перед первичными отстойниками является затратным, снижающим эффективность удаления азота (вследствие ослабления денитрификации), а также приводящим к излишнему изъятию органических веществ, отрицательно влияющему на дальнейшую биологическую очистку;

• другой известный способ введения реагента в иловую смесь перед вторичными отстойниками требует повышенной дозы реагента, вследствие конкуренции между фосфатами и другими анионами, продуцирует вынос катионов металлов с очищенной водой;

• повышенные дозы реагента вызывают увеличение зольности осадка, что отрицательно влияет на условия его сжигания, и приводят к росту содержания металлов в сбросных водах;

• ввод реагента в поток циркулирующего активного ила позволяет сохранить высокую эффективность удаления фосфора при минимальных (по сравнению со всеми прочими вариантами) дозах реагента и обеспечивает низкий уровень содержания металла в очищенной воде.

По работе узла обезвоживания осадков:

• установлено, что совместное обезвоживание ила и осадков (с длительным хранением в резервуарах) приводит к интенсивному вытеснению фосфора фосфатов в сливные воды и соответствующему повышению содержания фосфора в очищенной воде;

• доказана эффективность раздельной обработки (уплотнения и обезвоживания) осадков и ила, которая гарантирует минимальный вынос фосфора с возвратными водами и фугатом;

• оперативные меры по реагентному удалению фосфора из иловых вод и фугата не обеспечивают требуемое низкое содержание фосфатов в очищенной воде.

По совершенствованию технологии обработки сточных вод и осадков:

• установлены особенности функционирования различных технологических схем на очистных станциях гг. Пушкина, Сестрорецка, Юго-Западных очистных сооружений, подтверждена надежность их работы в течение ряда лет;

• впервые проведено комплексное исследование работы всей очистной станции (от приемной камеры до точки выпуска очищенной воды, включая узел обработки осадка), как системы, предназначенной для удаления из сточных вод азота и фосфора, выполнена математическая интерпретация происходящих в данной системе процессов, а полученные результаты подтверждены производственным экспериментом, поставленным на действующей КОС;

• предложена ранее не применявшаяся, более гибкая и маневренная технологическая схема «Uni» для вновь проектируемых очистных станций.

Научная и практическая значимость. Научная значимость диссертации заключается в' раскрытии особенностей функционирования очистной станции как единой системы, ориентированной на удаление из сточных вод и возвратных потоков азота и фосфора, а также в выборе рациональных, эффективных и надежных комплексных технологических схем реагентной и безреагентной обработки сточных вод и осадков. Проведенный в ходе работы производственный эксперимент позволил выработать способы повышения эффективности очистки сточных вод, такие как: подбраживание загрязнений в стоках, раздельное уплотнение -*и обезвоживание осадков, а также осуществить выбор точки ввода реагента, обеспечивающий высокое качество очищенной воды при его минимальном расходе.

Публикация справочно-методических изданий по материалам, вошедшим в настоящую диссертационную работу, способствовала подготовке аспирантов* и студентов, а также повышению квалификации кадров научно-исследовательских и проектных организаций.

Основой практической, значимостью настоящей работы является подготовка ряда рекомендаций по проектированию и эксплуатации очистных сооружений с применением новых технологий. Рекомендации обобщены в журнальных публикациях автора и в трех монографиях, которые при посредничестве журналов « Вода и экология. Проблемы и решения», «Вода: технология и экология» распространены в проектных и эксплуатационных организациях, а также в ведущих высших учебных заведениях России и ближнего зарубежья.

Предложенные автором решения находят применение и в стратегическом планировании развития системы водоотведения. Данная стратегия подробно описана в издании «Водоснабжение и водоотведение в Санкт - Петербурге» под общей редакцией Ф.В. Кармазинова (2008 г.), в написании которого принимала участие автор настоящей диссертации, а также в составлении Генеральной Схемы развития систем водоотведения в Санкт-Петербурге на 2015-2025 гг.

Внедрение результатов работы и тематически связанных рекомендаций автора осуществлено на следующих объектах:

• на Сестрорецкой СА: в виде рекомендаций по совершенствованию схемы, наладке сооружений и разработки регламента по их эксплуатации;

• на Зеленогорской СА: в виде рекомендаций по изменению конструкции аэротенков и их испытаниям, а также составления инструкций по эксплуатации биоблока;

• на Кронштадтской СА: в виде рекомендаций по изменению аэрационной системы, введению денитрификатора в технологическую схему станции, испытанию системы очистки со сбраживанием загрязнений в сточных водах;

• на ЮЗОС: в виде подготовки и обучения эксплуатационного персонала, участия в пуско-наладочных работах;

• на Северной СА: в форме участия в испытаниях опытно — промышленной секции №5 аэротенка производительностью 100000 м /сут с проведением пуско-наладочных работ и составлением регламента по эксплуатации; на той же станции - в виде рекомендаций по уплотнению избыточного активного ила при добавке флокулянта;

• на Колпинской СА: в виде рекомендаций по совместному и раздельному обезвоживанию осадков;

• на Петродворцовой СА: в виде рекомендаций по проектированию.

По рекомендациям автора:

• ГУП "Ленгипроинжпроект" проектирует очистные станции п. Металлострой (240000 м3/сут), г. Ломоносова (60000 м3/сут), а также Красносельскую СА (150000 м3/сут);

• ЗАО «Проектный институт «Ленинградский Водоканалпроект» проектирует реконструкцию очистных сооружений г. Петрозаводска (140000 м /сут), г. Кировска (16000 м /сут), г. Выборга Ленинградской области и г. Ленска (Якутия, 20000 м3/сут).

• Построены и действуют станции малой производительности (институт «Водопроект - Гипрокоммунводоканал г. Санкт -Петербург») в Ленинградской области (база отдыха «Буревестник», 300 м /сут), в г. Находке, в г. Смоленске и другие подобные* объекты в различных регионах РФ.

Личный вклад

Автором диссертации организован и осуществлен комплекс научных исследований на действующих очистных станциях Санкт-Петербурга и пригородов, представляющих собой современные системы сооружений по глубокой очистке сточных вод и обработке осадков, оснащенных новейшими техническим оборудованием, средствами управления и автоматизации технологических процессов.

Собраны, систематизированы и обобщены материалы работы производственных сооружений за длительный период их эксплуатации, проведена математическая обработка, подготовлена, опубликована и внедрена методика расчета очистных станций в комплексе обработки воды и осадка.

Соискатель участвовала в работах на экспериментальной секции аэротенка (100000 м3/сут) Северной станции аэрации, на комплексах очистных сооружений гг. Сестрорецка и Зеленогорска. Работы проводилась по заказам ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» «Правобережный Водоканал. п

На канализационной очистной станции г. Кронштадта при личном участии автора, была предложена и внедрена технология денитрификации в первом коридоре аэротенка с применением барботажа. Аналогичное решение только не с продольной, а с поперечной циркуляцией проверено и функционирует на станции аэрации г. Зеленогорска.

Проверено влияние сбраживания осадка первичных отстойников, а также циркуляции иловой смеси (уменьшение рециркуляции в 1,5 раза) и нитратсодержащей иловой смеси ( выключение насосов для перекачки) на ход процессов биологической очистки в производственных условиях очистных канализационных сооружений г. Сестрорецка. Личное участие состоит в

• организации лабораторно-технического контроля на станциях аэрации;

• обработке результатов измерений, определении параметров эффективности работы сооружений;

• составлении математических описаний процессов очистки;

• подготовке рекомендаций по совершенствованию процесса очистки сточных вод

• разработке регламентов по эксплуатации очистных сооружений.

На защиту выносятся:

• технологии работы станций аэрации как комплексных систем, ориентированных на эффективное биологическое удаление азота и фосфора из сточных вод и осадков;

• технологии глубокой химико-биологической очистки сточных вод и осадков от азота и фосфора с применением химических реагентов.

Апробация работы была проведена на следующих конференциях:

• ежегодных научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ;

• конференции «Чистая вода. Новейшие инженерные разработки в области водоподготовки и водоотведения.» Санкт-Петербург;

• международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития водного хозяйства малых городов» г. Витебск, Беларусь;

• Всероссийской научной конференции «Ресурсосбережение водо- и почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем», Казань;

• научно-практической конференции HIIII «Биотехпрогресс» Санкт-Петербург.

Основные публикации:

1. Соловьева Е. А. Очистка сточных вод от азота и фосфора. Монография. СПб: изд. «Водопроект Гипрокоммунводоканал Санкт-Петербург» 2008 г. 100 с.

2. Кармазинов Ф.В. и др. Соловьева Е.А. Водоснабжение и водоотведение в? Санкт-Петербурге. СПб: изд. «Новый журнал», 2008 г. 462 с.

3. Мишуков.Б.Г., Соловьева Е. А., Керов В. А., Зверева Л. Н. Технология-удаления азота и фосфора в процессах очистки сточных вод. СПб: изд. «Вода технология и экология». 2008. 144 с.

4. Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А. Удаление азота и фосфора на очистных-сооружениях городской канализации. Приложение к журналу. СПб: изд. «Вода и экология. Проблемы и решения». 2004 72 с.

По теме диссертации опубликовано 34 статьи, из них 9 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, а также издано 2 учебных пособия.

Выбор объектов для проведения исследований. Исследования проводились на действующих очистных сооружениях г. Санкт - Петербурга и пригородов.

Объектами, на которых проводилось изучение процессов, служили (с указанием номинальной максимальной производительности сооружений): Сестрорецкая станция аэрации (СА) (17000 м /сут), Пушкинская СА (72000 м3/сут), Зеленогорская СА (11000 м3/сут), Кронштадтская СА (33000 м3/сут).

Для исследований использовались сведения о результатах работы Юго-Западных очистных сооружений (ЮЗОС) (330000 м3/сут), Петродворцовой СА (50000 м3/сут), Центральной СА (1500000 м3/сут), Колпинской СА (110000 м3/сут), Северной СА (1250000 м3/сут).

Влияние различных факторов на процессы очистки устанавливалось путем изменения режимов работы отдельных секций, либо сооружений СА. Продолжительность цикла исследований составляла от одного месяца до нескольких лет.

Для поисковых и оценочных опытов автором работы применялись портативные приборы отечественных и зарубежных производителей.

Аналитические измерения по отобранным для исследования пробам выполнялись химико-бактериологическими лабораториями (ХБЛ) очистных станций, аккредитованными в соответствии- с требованиями отечественных и международных природоохранных органов.

Основные параметры регистрировались и фиксировались в' системах автоматического контроля и управления очистных станций, созданных на базе современной зарубежной анализирующей и вычислительной техники. Системы такого рода реализованы на очистных станциях гг. Сестрорецка -и Пушкина, Юго-Западных очистных сооружениях, на Центральной и Северной станциях аэрации, на очистной станции г. Петродворца.

В работе были использованы информационные материалы очистных станций г. Санкт - Петербурга и пригородов, а также результаты испытаний различных новых средств очистки сточных вод, предоставляемые рядом зарубежных фирм: Kemira, Sweco, Water ana Soil и др.

Проведение исследований и написание настоящей диссертации было бы невозможно без, содействия доктора технических наук, профессора Б.Г. Мишукова, которому автор приносит слова благодарности за ценные советы и постоянную помощь в выполнении работ.

Автор диссертации выражает искреннюю признательность за помощь и поддержку сотрудникам ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» Г. П. Медведеву, Б.В Васильеву, Е.М. Протасовскому, МГУП «Мосводоканал» Д.А. Даниловичу.

Автор диссертации также глубоко признательна главным технологам станций аэрации Г. Н. Рафаловичу, С.Е. Маскалевой, О. А. Ломиноге и сотрудникам ХБЛ ССА и Сестрорецкой станции аэрации за многолетнюю помощь в работе, а также сотрудникам ЦСА, ПСА и Зеленогорской станций аэрации, сотрудникам ГУП «Ленгипроинжпроект», ЗАО «Проектный институт «Ленинградский Водоканалпроект», «Водопроект Гипрокоммунводоканал Санкт-Петербург».

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Условные обозначения к главе 1

1. Сеп и Сех — концентрация взвешенных веществ во входящей воде и выходящей из отстойника, мг/л;

2. Э - эффект осветления, доли единицы;

3. 5 - зольность осадка, доли единицы;

4. Н5е1 - глубина проточной части в отстойнике, м (Нхе1= Ногст-Нос);

5. #ос - высота стояния осадка, м;

6. Нотст - глубина отстойника, м;

7. ^ср=РР7д, с;

8. д - расход сточных вод, мЗ/с;

9. ХВОд - длина водосборных лотков, м; о

Ю. двод = вод, м /ч на 1 погонный метр длины водосборных лотков;

11. ф, - эквивалентное количество удаляемых примесей по отношению к беззольному веществу осевшей взвеси, г/г;

12. объем проточной части отстойника, м3;

Условные обозначения к главам 2 и 3

1. (2 - расход сточных вод, м /сут;

2. 0}- возраст ила, сут;

3. Н1п - нагрузка на ил, кг БПКп/кг сут;

4. Нц - нагрузка на ил, кг БПК5/кг сут;

5. Р/ - прирост ила, г/м3;

6. У; - иловый индекс, мг/л;

7. Зр - содержание фосфора в иле, г/г;

8. /дг - содержание азота в иле, г/г;

9. а{ - доза ила, г/л; 3

Ю.Жц - объем зоны денитрификации аэротенка, м ;

11. И^ум - суммарный объем биоблока, м3; 12Жн — объем зоны нитрификации, м ; 13. й^ана — объем анаэробной зоны, м ;

А.Смн4еп ~ концентрация аммонийного азота в осветленной воде, мг/л; \Ъ.Ст4ех ~ концентрация аммонийного азота в очищенной воде, мг/л; 16.Смеп - концентрация общего азота в осветленной воде, мг/л; П.См** - концентрация общего азота в очищенной воде, мг/л;

18.Сууо/" — концентрация азота нитратов и нитритов в осветленной воде, мг/л;

19.СШзех - концентрация азота нитратов и нитритов в очищенной воде, мг/л;

20. С/" и Срех - концентрация фосфора в осветленной и очищенной воде, мг/л; 21Х5 еп — БПК5 осветленной воды, мг/л;

22.2,5ех ~ БПК5 очищенной воды, мг/л;

23.ги - скорость нитрификации, г/(м -ч); о

24.гд - скорость денитрификации, г/(м -ч);

25.Ям— кратность рециркуляции, %;

26.Сдгд - денитрифицированный азот, мг/л;

21.С ми - нитрифицированный азот, мг/л;

28.- продолжительность денитрификации, ч;

29.¿н - продолжительность нитрификации, ч;

30./ана- продолжительность пребывания в анаэробной зоне, ч;

31. Т - температура воды, °С;

- температурная поправка; 33. 0 - основание температурной поправки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Растущая угроза массового развития процессов эвтрофирования водных объектов настоятельно требует снижения биогенной нагрузки, создаваемой сбросом недостаточно очищенных сточных вод. Рекомендациями Хельсинской комиссии по защите вод Балтийского моря установлены новые нормативы сброса для крупных городов — 10 мг/л по общему азоту и 0,5 мг/л по общему фосфору. Традиционные технологии очистки сточных вод не обеспечивают требуемого уровня качества очищенной воды. Объектом исследований данной работы являются сточные воды, проходящие очистку на станциях аэрации Санкт - Петербурга и пригородах. При этом отмечается, что характеристики загрязнений в исходных и осветленных сточных водах, зафиксированные на исследуемых объектах, типичны для большинства КОС Российской Федерации.

2. Предыдущие разработки автора диссертации представляют собой элемент единой системы расчета концентрации загрязнений в исходных и осветленных (прошедших первичные отстойники) стоках. Определение состава осветленной воды достигается путем учета количества загрязнений (включая азот и фосфор), удаляемых с осадком в отстойниках. Для оценки качества осветленных сточных вод составлена математическая зависимость и введены конкретные параметры снижения показателей состава воды.

3. В современной практике применяются различные способы и схемы биологического удаления азота и фосфора. Основой биологической очистки сточных вод является инженерное управление развитием и сохранением полезного биоценоза и в создании надлежащих условий для его существования. Основными показателями для оценки эффективности очистки служат ХПК, БПК5, концентрация взвешенных веществ и соединений азота и фосфора.

4. Основными параметрами работы сооружений биологической очистки являются: нагрузка на ил, возраст ила, объемная скорость очистки по отдельным показателям. При этом учитывается доза ила щ и его прирост. Для математического описания процессов применяются модели одностадийных и многостадийных биохимических реакций. При этом наблюдаются приблизительно одинаковые погрешности (расхождения составляют 1 - 3%). Модели одностадийных реакций более просты в обращении.

5. Для повышения эффективности биологической очистки необходимо обеспечить наличие в сточных водах достаточного количества органического субстрата. Для этого применяется сбраживание органических загрязнений в сточных водах до подачи их на биологическую очистку. Это благотворно отражается на эффективности дефосфатирования и денитрификации. Процесс подбраживания примесей и осадка первичных отстойников может осуществляться путем накопления слоя бродящего осадка непосредственно в отстойниках, либо в обособленных сбраживателях. Автором рекомендовано использование одного из первичных отстойников КОС в качестве сбраживателя, и предложен метод контроля за процессами сбраживания осадка первичных отстойников по органолептическим (цвет и запах), санитарно-химическим (концентрация сероводорода и ЛЖК) и потенциометрическим (измерение ОВП) способам.

6. На действующих очистных станциях применены две основные схемы работы биоблока - UCT и JHB mod. Обе схемы подтвердили высокую эффективность и надежность биологического удаления азота и- фосфора. Вместе с тем, выявлены недостатки упомянутых схем, связанные с недостаточно четко отрегулированной рециркуляцией потоков ила и нитратсодержащей иловой смеси. Для вновь создаваемых очистных сооружений автором предложена новая адаптивная технологическая схема «Uni».

7. Производственные испытания по биологическому удалению азота и фосфора, проведенные на ряде очистных станций (г. Сестрорецка, г. Пушкина, Юго-Западных очистных сооружений, Северной станции аэрации) показали, что этим способом можно достигнуть снижения концентрации общего азота до 8-10 мг/л, аммонийного азота до 0,3 - 0,5 мг/л, общего фосфора до 0,8 - 1,5 мг/л и фосфора минерального до 0,5 - 0,8 мг/л. Преимущество технологии безреагентной очистки состоит в сохранении естественных свойств осадка и ила - зольности не более 35%, влажность обезвоженного осадка не более 75%.

8. Для достижения более глубокой очистки сточных вод применяют реагентное связывание фосфатов. Автором было проведено три цикла производственных испытаний по реагентной обработке сточных вод с целью нахождения наиболее рационального способа подачи реагента. При этом выявлено, что подача реагента в циркулирующий активный ил (доза реагента

3 4.3

1,5-2,0 г/м по Бе ) создает более надежные условия для его дозирования и эффективного использования, и позволяет достигнуть наилучшего эффекта при минимальных затратах реагента.

9. В процессе производственного эксперимента на очистных сооружениях автором установлено, что при реагентном удалении фосфора коагулянты на основе железа более предпочтительны, чем на основе алюминия, т. к. соединения железа менее токсичны, к тому же улучшаются водоотдающие свойства осадков.

10. Замечено, что миграция фосфора из тела клеток ила в воду и обратно активно проявляется при контакте избыточного ила и осадка первичных отстойников в узле обезвоживания. Наибольший прирост вторичных загрязнений по фосфору наблюдается при совместном хранении избыточного ила и осадка первичных отстойников. Для предотвращения роста вторичных загрязнений автором рекомендована раздельная обработка избыточного ила и осадка. При этом содержание фосфора в сливных водах и фугате наблюдается на уровне 30-40 мг/л.

11. С учетом согласования основных параметров процесса - нагрузки на ил, прироста и возраста ила, автором сформулированы зависимости для описания процессов, происходящих в биоблоке. Наиболее применимыми на практике представляются многопараметрические степенные зависимости.

Формула для расчета процессов дефосфатирования:

60-(У;,-0.01)°65 1""а ~ (#,5)031 -(Ь^)05 -1,072г"15

Формула для расчета процессов денитрификации: г, = 0,83 • ауд Г • (С-3 Я, -Г ■ (С£, )012 • 1,072г~15 Формула для расчета процессов нитрификации: ги = 1,2 • -(С^)0-7 -1,072г~15 сум ^ да4

12. Автором выведены соотношения между БПК5, ХПК, выносом взвешенных веществ и степенью снижения азота в очищенной воде (после вторичных отстойников). Предложен комплексный параметр для оценки качества очищенной воды:

Щ =0,61-(ХЯ/О°-65

ЫИ 4 у 1 ¡.-/г

V у

13. Наиболее благоприятные условия изъятия фосфора создаются только при сочетании рациональных решений по биологической очистке (наличие в технологической схеме биоблока анаэробной зоны), реагентной очистки сточных вод (ввод реагента в циркулирующий активный ил), рациональной схеме подготовки и обработки осадков (раздельное уплотнение и обезвоживание).

14. Регулирование расхода и состава воды можно осуществлять при помощи аккумуляторов либо путем увеличения объема аэротенков -нитрификаторов. Более рационально сочетать устройство системы усреднения расхода с соответствующим увеличением объема аэротенков - нитрификаторов для повышения надежности работы блока биологической очистки.

15. Использование реагентных методов очистки несколько увеличивает эксплуатационные расходы. При этом на КОС, работающих без применения реагентов, содержание фосфора в очищенной воде составляет 1 мг/л. Реагентные схемы позволяют снизить данный показатель до уровня 0,4 - 0,5 мг/л, т.е. в 2 - 2,5 раза. Увеличение себестоимости очистки сточных вод на 5 — 20% (в зависимости от производительности КОС) позволяет снизить содержание вредных примесей в очищенной воде на 50 - 60%.

1. Алексеев М. И., Курганов А. М. Организация отведения поверхостного (дождевого и талого) стока с урбанизированных территорий. М: СПб 2000. с.350.

2. Беляев А. Н., Васильев Б. В., Маскалева С. Е., Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А. Удаление азота и фосфора на канализационных очистных сооружениях// Водоснабжение и санитарная техника. 2008. №9. С. 38-43.

3. Бенедек П., Ласло А. Научные основы химической технологии. Л.: «Химия», 1970. 375.

4. Болыиеменников Я. А., Маскалева С. Е., Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А. Технологическая схема работы Юго-Западных очистных сооружений города Санкт-Петербурга // Вода и экология. Проблемы и решения. 2006. № 1.

5. Бондарев А. А. Биологическая очистка промышленных сточных вод от соединений азота; Автореф. дис.д-ра техн. наук., ВНИИВОДГЕО. М., 1990. 49 с.

6. Аюкаев Р.И. Андреев С.Ю. Системы аэрации для сооружений биологической очистки сточных вод // сер «Проблемы современного города» М.: МГЦНТИ, 1991. Вып.8.

7. Андреев С.Ю. Интенсификация работы канализационных очистных сооружений с использованием диспергированных водовоздушных смесей; Автореф. дис.д-ра техн. наук., ПГУАС. Пенза., 2007. 35 с.

8. Гигиенические нормативы химических веществ в окружающей среде. / Под ред. Ю.А. Рахманина, В.В. Семеновой, A.B. Москвитина. СПб, НПО «Профессионал», 2007.

9. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Агевин А.Р., Бабенчук В.Г. Удаление песка из осадкоа первичных отстойников в опытно-промышленной аэрируемой песколовке// «Вода и экология: проблемы и решения». 2003. №1. с.27-37.

10. Ю.Голубовская Э.К. Биологические основы очистки воды. Изд. «Высшая школа». М: 1978г. с. 272.

11. П.Гудман М., Морхауз Ф. Органические молекулы в действии. Изд. «Мир» М. 1977. с. 335.

12. Гюнтер Л. И., Гольдфарб Л.Л.: Метантенки. Стройиздат. М. 1991. 126 с.

13. Гюнтер Л. И., Запрудский Б. С. К выбору математической модели процесса биохимической очистки сточных вод. Микробиологическая промышленность, №5, 1971.

14. И.Данилович Д. А., Дайнеко Ф. А. и др. Сборник статей и публикаций Московского Водоканала. Выпуск 1. М: Мосводоканал 2008 г. с. 462.

15. Добрых Я. М. Изъятие фосфора из городских сточных вод и осадков в целяхпредотвращения эвтрофикации водоемов. Дис.канд. техн. наук/ ЛИСИ. Л.1987 г. 195 с.

16. Дорофеев А. Г., Козлов М. Н., Данилович Д. А., Аджиенко Т. М., Рыбаков Л. А. Сравнительная оценка методов определения концентрации кислорода для • контроля процессов биологической очистки сточных вод // Вода и экология, 2001. №4. С. 18-26.

17. Иваненко И. И. Режим поступления и очистка городских сточных вод от азота и фосфора; Автореф. дис.канд. техн. наук/ СПбГАСУ. СПб, 1998.

18. Терентьев В.И., Павловец Н.М. Биотехнология очистки воды.СПб. Гуманистика. 2003. 269 с.

19. Ильин Ю. А., Мишуков Б.Г., Игнатчик В. С. Управление технологическими параметрами работы очистной канализационной станции города. СПбГАСУ: СПб. 1996, 16 с.

20. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: Спр-к проектировщика под ред. В. Н. Самохина. М., Стройиздат, 1981.638 с.

21. Кармазинов Ф. В. и др. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга. СПб.: Изд-во « Новый журнал », 2002. 683 с.

22. Кармазинов Ф. В. и др. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга. СПб.: Стройиздат, 1999. 424 с.

23. Кармазинов Ф.В. и др. Водоснабжение и водоотведение в Санкт-Петербурге Изд. «Новый журнал», СПб 2008. с. 462.

24. Сравнительная оценка методов определения концентрации кислорода для контроля процессов биологической очистки сточных вод / Дорофеев А. Г., Козлов М. Н., Данилович Д. А., Аджиенко Т. М., Рыбаков JI. А. // Вода и экология, 2001. № 4. С. 18-26.

25. Кичигин В.И. Моделирование процессов очистки воды. — М.: АСВ, 2003.

26. Кол. авторов под редакцией Бырдарова С. В. Экспериментальная микробиология. Изд. «Медицина и физкультура» София 1965 г. с. 487.

27. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Наука, М:, 1974. 831 с.

28. Корниш Боуден Э. Основы ферментативной кинетики. М.: МИР, 1979. 280с.

29. Кульский JI.A., Гороновский И.Т., Когановский A.M., Шевченко М.А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. К., Наукова думка, 1980.

30. Лукиных H.A., Липман Б.Л., Криштул В.П. Методы доочистки сточных вод. М.: Стройиздат, 1974 г.

31. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А. И. Химический анализ производственных сточных вод. изд. «Химия» М: 1974 г. с.335.

32. Луценко Г.Н., Цветкова А.И., Свердлов И.Ш. Физико-химическая очистка городских сточных вод. М.: Стройиздат, 1984 г.

33. М. Хенце, П. Армоэс и др. Очистка сточных вод/ Изд. «МИР» М:, 2004 г. с.480.

34. Медведев Г.П. Этапы развития технологии обработки осадков сточных вод в Санкт-Петербурге. // Водоснабжение и санитарная техника. 2003.№4.

35. Методика определения неучтенных расходов и потерь воды в системах коммунального водоснабжения. М: 2005. с. 56.

36. Миллер В.В. Аэробная автотермическая термофильно-мезофильная стабилизация концентрированных стоков животноводческих ферм и комплексов. Автореф. дис.канд. техн. наук ЛИСИ. Л. 1983 г. с.22.

37. Мишуков Б. Г Схемы биологической очистки сточных вод от азота и фосфора. Методические рекомендации СПбГАСУ: СПб, 1995, 35 с.

38. Мишуков Б. Г. Расчет канализационных очистных сооружений г. Пушкина и оценка эффективности их работы в ходе реконструкции, СПбГАСУ, 2000.

39. Соловьева Е. А. Особенности работы и расчет современных аэраторов.// Промышленное и гражданское строительство 2008 № 12 с. 36-64.

40. Соловьева Е. А. Очистка сточных вод от азота и фосфора. Монография. СПб: изд. «Водопроект Гипрокоммунводоканал Санкт-Петербург» 2008 г. 100 с.

41. Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А. Удаление азота и фосфора на очистных сооружениях городской канализации. Приложение к журналу «Вода и экология. Проблемы и решения». СПб: ЗАО «Водопроект-Гипрокоммунводоканал», 2004. с. 72.

42. Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А., Захарова Ю. С. Расчет сооружений городской канализации. Учебное пособие СПбГАСУ. СПб: 2005. 175 с.

43. Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А. Расчет и подбор аэрационного и перемешивающего оборудования для биологической очистки сточных вод/ Учебное пособие СПбГАСУ. СПб 2007. 40 с.

44. Мишуков Б. Г. Иваненко И.И., Соловьева Е.А: Расчет параметров процесса нитрификации денитрификации и разработка технического регламента работы секции 5 аэротенка 1 Отчет о НИР СПб, 1999. 40 с.

45. Стир Э., Фишер М. Пособие специалиста по очистке стоков. Изд. Зайдель-Пживецки. Варшава. 2002. с. 407.

46. Мишуков Б.Г., Соловьева Е. А., Керов В. А., Зверева Л. Н. Технология удаления азота и фосфора в процессах очистки сточных вод// Вода технология и экология. 2008. с. 144.

47. Определение эксплуатационных параметров работы аэротенков, уплотнителей и центрифуг при глубоком удалении азота и фосфора из сточных вод КОС г. Пушкина: Отчет о НИР СПбГАСУ, х/д №3063, СПб, 2002, 82 с.

48. Отчет Кегшта «Реагентное осаждение фосфора на трех канализационных очистных сооружениях на территории обслуживаемой ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» Колпино, Металлострой, Кронштадт, 2006 г.

49. Оптимизация процесса и снижение затрат по удалению азота и фосфора из сточных вод. Б.Г. Мишуков, Е.А. Соловьева. Правобережный Водоканал филиал ГУП «Водоканала Санкт-Петербурга». 2006 г. с.37.

50. Оптимизация режима эксплуатации канализационных очистных сооружений г. Сестрорецка с целью удаления из сточных вод азота и фосфора. Б.Г. Мишуков, Е.А. Соловьева. Правобережный Водоканал филиал ГУП «Водоканала Санкт-Петербурга». 2007 г. с.58.

51. Протасовский Е. М., Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А. Опыт работы Сестрорецких канализационных очистных сооружений// Водоснабжение и санитарная техника. 2007. №7 часть 2. С. 23-24.

52. Расчет одноступенчатых аэротенков и вторичных отстойников для приведенного числа жителей 5000 и более. Правила. Сточные воды — отходы. ФРГ. 1991

53. Скирдов И. В. Кинетика отстаивания взвешенных веществ сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 1993. № 6. С. 4-6.

54. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1982.

55. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1985. 72 с.

56. Скирдов И.В. Исследование и разработка методов интенсификации работы сооружений биологической очистки сточных вод. Диссертация, на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 1976, 399 с.

57. Сойфер В. Н. Молекулы живых клеток. М.: Знание, 1975.

58. Мишуков Б.Г., Протасовский Е.М., Малышева В.В., Соловьева Е.А. //Современное положение и перспективы развития процесса обезвоживания и сжигания осадка на Северной станции аэрации. Вода и экология. Проблемы и решения. 2005. №3 с. 66-74.

59. Соловьева Е. А. Технология удаления азота и фосфора на ЮЗОС // Доклады 63-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета. Часть 2/ СПб 2006 г. с.34-36.

60. Соловьева Е. А. Особенности работы аэротенков и отстойников приудалении азота и фосфора. Дис.канд. техню наук/ СПбГАСУ. СПб: 2003с.130.

61. Соловьева Е. А. Выбор технологических схем очистки сточных вод и обработки осадков при удалении азота и фосфора.// Промышленное и гражданское строительство 2008 № 11 с. 47-49.

62. Колесов Ю.Ф. Биохимическая очистка высококонцентрированных параметрически нестационарных сточных вод : Автореф. дис.д-ра техн. наук., Н. Новгород, 2001, 31 с,

63. Соловьева Е. А. Совершенствование конструкций вторичных отстойников на канализационных очистных станциях// Промышленное и гражданское строительство 2008 № 10 с. 37-38.

64. Соловьева Е.А. Совершенствование процесса по удалению азота и фосфора из сточных вод// Вестник гражданских инженеров №1 СПб 2008. с.59-64.

65. Соловьева Е.А. Современные схемы очистки городских сточных вод// Вестник гражданских инженеров №4 СПб 2007. с.61-66.

66. ГУП «Ленгипроинжпроект»,.Сооружения доочистки сточных вод КОС пос. Металлострой ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», 2008 г. Генеральная схема СПб на период до 20015 г. Павлова Т.П., Шаповалов В.Т. и др.

67. Технический справочник по обработке воды Degremont, Новый журнал. СПб.2007 т.1, т.2 с. 1696.

68. Федоров М. В. Микробиология. Сельхозгиз 1949. с. 423.

69. Фробишер М. Основы микробиологии. Изд. «Мир» М. 1965. с.678.

70. Швецов В.Н. Глубокая очистка концентрированных сточных вод. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 1988, 525 с.

71. Шифрин С. М., Мишуков Б. Г., Феофанов Ю. А. Расчет сооружений биохимической очистки городских и промышленных сточных вод. Учебное пособие ЛИСИ: Л 1977, 73 с.

72. Яковлев C.B., Соколова Е.В., Трояк О.С., Гамов В.И. Опыт проектирования и внедрения сооржений глубокой очистки сточных вод от биогенных элементов// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века// №5 2002 г.

73. Яковлев C.B., Скирдов И.В., Швецов В.Н., Бондарев A.A. и др. Биологическая очистка производственных сточных вод. Процессы, аппараты и сооружения. 1985, М., Стройиздат. 208 с.

74. Яковлев С. В., Карюхина Т. А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М., Стройиздат, 1980.

75. Соловьева Е. А. Особенности работы и расчет современных аэраторов.// Промышленное и гражданское строительство 2008 № 12 с. 36-64.

76. Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей. Приказ МНР РФ от 17 декабря 2007 г. N 333

77. Botts J., Morales M. Trans. Faraday Soc, 49, 1953. 707.

78. Br own A. J. J. Chem. Soc. (Trans.). 61, 1892. 388.

79. Brown A. J. J. Chem. Soc. (Trans.). 81, 1902. 385.

80. Buswell A.M. et al. Laboratory Studies on the Kinetic of the Growth of Nitrosomonas with Relation to the Nitrification Phase of the B.O.D. Test. Appl. Microbiol. 2 21-25 (1954)

81. Combined nitrogen and phosphorus removal from wastewaters / Valve Matti // Publication of the Water Research Institute, National board of Waters, Finland. 58c.

82. Rosso D., Stenstrom M.E. Economic implications of fine pore diffuser aging. HDR Engineering, Folsom, CA, 95630, USA. 2005. 2442 p.

83. Das ab~verfahren zur biologischen abwasser-reinigung: Forschungsinstitut fur Wassertechnologie an der RWTHAachen, Aachen, 1990, 43p.

84. Degremont "Memento technique de l'eau'V dixieme edition/ torn 2. ISBN №27430-0717-6. Copyright by Degremont. France. 1995. 1717 c.

85. Die Hochsculgruppe "Erfahrungsaustuasch Biologiche Phosphatelimination" — Uberblick über Untersuchungen und Ergebnisse / Seyfreied C. F., Jardin N., ScheerK, Teichfisher Th., Wedi D//1998. p. 325

86. Eisenthal R., Cornish-Bowden A., Biochem. J., 139. 1974, 720/

87. EPA; Process design manual for phosphorus removal. U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH (1976) (EPA 625/1-76-00la)/

88. Esa K. Renko and Markku Pelkonen. Monitoring of sludge Settleability and characteristics / Biologien fosforin ja typen poisto yhdyskuntajatevesista suomenojan tutkimusasemalla: Valiraportti, 1997.

89. Gerard J. J. Kortstee, Klaas J. Appeldoorn etc. Biology of polyphosphate — accumulating bacteria involved in enhanced biologital phosphorus removal/ FEMSMicrobiology Reviews 15/1994 137-153.

90. Gujer W., Design of an Nitrifying Activated Sludge Process with the Aid of Dynamic Simulation. Prog. Wat. Tech., 9 (2) 323-336 (1977)

91. Haldane J. B. S., Enzymes, Longmans Green. London, 1930.

92. He S. Gu A.Z., McMahon K.DJ The role of rhodocyclus-like organisms biological phosphorus removal: factors influencing population structure and activity. HDR Engineering, Folsom, CA,95630, USA. 2005. 1999p.

93. Henri V., C. R. Hebd. Acad. Set, Paris. 1902, 919.

94. Henri V., Lois Generales de I Action des Diastases, Hermann, Paris. 1903.

95. Kemira Kemwater (2003) About water treatment. Ed. Agneta Lindquist, Kemira Kemwater, Helsingborg.

96. Kezdy F. J., Jaz J., Bruylants A. Bull. Soc. Chem. Belg., 1958.

97. Knowels G., Downing A.L. Barret M.J. Determination of Kinetic Constants for Nitrifying Bacteria in Mixed Culture, with the Aid of an Electronic Computer. J. Gen. Microbiol., 38, 263-278 (1965)

98. Langmuir L, J. Amer. Chem. Soc., 38. 1916.

99. Langmuir I., J. Amer. Chem. Soc., 40. 1918.

100. Lindeke D., Barnard J. The role and production of VFA's in a highly flexible BNRplant// USA 1998. c. 1637.

101. Lineweaver К, BurkD., J. Amer. Chem. Soc., 56. 1934.

102. M.P. Ries, D. T. Redmon, F. Corsoro, Т.Е. Wilson. Alpha factor testing at a step feed BNP plant. Water Enviroment Federation. 2005.

103. Matsche N. Verfahrensmoglichkeiten und beeinflussende Faktoren der biologischen Phosphorentferung / Karlsruher Flockunstage ISWW, Universität Karshule, 1993, pp. 137- 159.

104. McGrath M. Gupta К. Daigger Т. Operation of a step feed process for both biological phosphorus and nitrogen removal// USA 1998. c. 1675.

105. Michaeies L., Menten M. L., Biochem. Z., 49. 1913.

106. P.M.J. Janssen, K.Meinema, H.F. van der Roest. Biological Phosphorus removal//STOWA 2002. 210 p.

107. Pirjo Rantanen. A hybrid process for biological P and N removal —pilot plant experiments / Biologien fosforin ja typen poisto yhdyskuntajatevesista suomenojan tutkimusasemalla: Valiraportti, 1997.

108. Quincalee Br. Biological and chemical systems for nutrient removal. ISBN 157278-123-8. Copyright by the Water Environment Federation. USA. 1998. 400 c.

109. Rantanen P. Biological phosphorus removal study at Suomenoja research station, Vatten 50, Lund, 1994.

110. Sozen S., Orhon D. etc. A new approach for the evaluation of the maximum specific growth rate in nitrification/ Wat. Res. Vol. 30, № 7, 1996.

111. Samstang R.W., Narayanan D., Hagstrong J. Hydraulic characteristics activated sludge aeration tanks// USA 1998. c. 1225.

112. Schlegel S. Operation results of a waste water treatment plant with biological N&P elimination / Симпозиум «Удаление азота и фосфора из сточных вод». Материалы. СПб, 1992.

113. Sheer. Н. Ansätze zur Bemessung und Kostenabschatzung der biologischen Phosohorelimination / Karlsruher Flockunstage ISWW, Universität Karshule, 1993, pp.267- 295.

114. Swinbourne E. S., J. Chem. Soc., 1960.

115. Kuba T., J. J. Heijnen Phosphorus and nitrogen removal with minimal COD requirement by integration of denitrifying dephosphatation and nitrification in a two- sludge system/ Wat. Res. Vol 30, № 7, 1996.

116. Toimintakertomus 1992: Espoon kaupungin vesi — ja veimarilaitos. Espoo, 1992.

117. Vesihallituksen monistesarja №1981/51 / Ravinteiden poisto biologisessa puhdistuksessa. Valiraportti 2. Toinen painos: Helsinki, 1981, 89p.

118. Vesihallituksen monistesarja №1982/108 / Ravinteiden poisto biologisessa puhdistuksessa. Valiraportti 3: Helsinki, 1982, 33 p.

119. Vesi-ja ymparistohallituksen monistesarja, № 479 / Typenpoisto yhdyskuntien jatevesista: Helsinki, 1993, 65 p.

120. M. Bodeaux, H. Gerges. Best performance from secondary clarifiers fairfield Suisun sewer district experience/ WEF.2005. p. 2585-2595.

121. Valve M. Ravinteiden poisto biolodisessa puhdistuksessa. V.2/ Toinenpainos/ 1981. p. 89.

122. Schlegel S. Operational results of a waste water treatment plant with biological N and P elimination/ lippeverband, 1989. p. 1-10.

123. Reddy M. The concept of phosphorus storage capability and ITS impolications for design of system for enhanced biological uptake ofphosphate /1 A WPRC/ USA Orlando, 1991, p. 581/

124. Seyfried C.F., Jardin N., Scheer H. Erfahrungsaustausch Biologishe Phosphatelimination. HSG. /ISWW, Universitatkarlsruhe, 1993., p 20-23

125. Seyfried C.F., Damman E. Upgrading of wastewater treatment plants for the reduction of nitrogen and phosphorus in Shiesing-Holstein, FRGJ Hannover, FRG. Universität Hannover/1990p. 69-75.

126. Wasser Bernd Heinzmann. Phosphorus recovery in wastewater treatment plants/Berliner Wasser Betriebe/ 2004. 1-11 p.

127. Woods, N.C., Sock, S.M. and Daigger, G.T.: Phosphorus recovery technology modeling and feasibility evaluation for municipal wastewater treatment plants. Environmental Technology, vol.20, 1999. pp. 663-679.

128. Stephens L. Heather, H. David St ens el Effect of operating conditions on biological phosphorus removal. WER, vol. 70, №3, 1998. p. 363-369.

129. Welander Thomas, Ewa Lie. Influence of dissolved oxygen and oxidation-reduction potential on the denitrification rate of activated sludge. Wat. Sei. Tech. vol. 30,№6, 1994, p. 91-100.

130. Levenspiel O. Chemical Reaction Engineering. John Wiley, New York, 1962. p. 195.

131. Hiroyshi Emori, Hiroki Nakamura High rate and single sludge pre-denitrification process for retrofit// Wat. Sci.Tech. vol. 33,№8, 1999, p. 71-82.

132. Anton Peter, Ferdinand Sarfert. Betrieb von Anlagen zur biologischen P-elimination /1994, pp. 501 — 535.