Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Моделирование процессов биофильтрации жидких отходов предприятий АПК

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Моделирование процессов биофильтрации жидких отходов предприятий АПК"

На правах рукописи

МАЛЫШЕВА Анна Александровна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БИОФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК

03.01.06 - биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

б (;:ен 2013

005060989

Щелково -2013

005060989

Работа выполнена в ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности» Россельхозакадемии

Научный руководитель: Денисов Аркадий Алексеевич, кандидат технических наук, доктор биологических наук, профессор, лауреат премии Правительства РФ, Заслуженный деятель науки РФ, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности» Россельхозакадемии, заведующий отделом «Производственная санитария и охрана окружающей среды»;

Научный консультант:

Дадасян Артур Яшарович — доктор технических наук, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности» Россельхозакадемии, заведующий отделом «Чистые помещения»;

Официальные оппоненты:

Нежута Александр Александрович - кандидат технических наук, доктор биологических наук, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности» Россельхозакадемии, заведующий отделом «Технология сушки биопрепаратов»;

Бирюков Валентин Васильевич - доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет» (МАМИ), заведующий кафедрой «Экологическая и промышленная биотехнология».

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, гигиены и экологии» Россельхозакадемии

Защита состоится 21 июня 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук Д 006.069.01 при Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте биологической промышленности по адресу: 141142, Московская область, Щелковский район, пос. Биокомбината, д. 17, ВНИТИБП; тел/факс: 8(496) 56 732-63;

E-mail: vnitibp @ mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности. Автореферат разослан 20 мая 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук ^ґ^С^'

Фролов Ю.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Вода является одной из первостепенных и необходимых условий существования человечества, требующих защиты для будущих поколений. Интенсификация активности человека приводит все к большему загрязнению естественной среды. В настоящее время законодательно пересматривается нормирование загрязненных и очищенных вод во всех формах. Эта касается как урбанизационных, так и промышленных сбросов.

Для сточных вод предприятий АПК установлены нормы, определяющие концентрации веществ (взвешенные вещества, ХПК, БПК5, азот, фосфор и др ), требующих обязательного удаления на станциях очистки перед сбросом их в открытые водоемы.

С точки зрения существующих технологий, сооружения функционирующие по действующим нормам биологической очистки сточных вод, требуют увеличения в 3-4 раза строительных объемов для повышения степени очистки по биогенным элементам. Увеличение размера инфраструктур очистки стоков в большей части урбанизационных зон создает проблемы строительных площадей, требуя умножить число сооружений и длину канализационной сети. Для повышенной степени очистки сточных вод на действующих сооружениях биологической очистки требуется разработка и внедрение более эффективных и производительных технологических процессов обработки сточных вод.

Существенный вклад в развитие биологических методов обработки органосодержащих отходов внесли: C.B. Яковлев, Я.А. Карелин, Е.И. Гюнтер, И.И. Павлинова, Ю.В. Воронов, И.В. Скирдов, В.Н. Швецов, В.Г. Тюрин, В.И. Баженов, М.А. Евилевич, Р.Ш. Непаридзе, С.М. Шифрин, Ю.Ф. Эль, Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова, A.A. Денисов и другие. Разработка эффективных промышленных технологий обработки жидких отходов требует проведения широких экспериментальных и теоретических исследований физико-

химических и микробиологических процессов, как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Биофильтрация сточных вод, по сравнению с процессами, использущими иммобилизованные аэрируемые культуры, представляет собой эффективный прием интенсификации вторичной и третичной обработки стоков предприятий АПК от основного загрязнителя азота. Этот способ биофильтрационной очистки позволяет парировать залповые нагрузки на входе в очистные сооружения и повысить устойчивость их работы в условиях резких и часто меняющихся нагрузок. Эффективность такой системы очистки сточных вод позволяет осуществить ее использование на предприятиях со стоками, имеющими высокую степень загрязненности по биогеным элементам: животноводческие и птицеводческие комплексы, предприятия перерабатывающей промышленности АПК.

Настоящая работа посвящена разработке модели процесса, обеспечивающей осуществление прогнозирования комплекса характеристик систем очистки в реальных условиях их функционирования.

Диссертационная работа выполнялась на полупромышленных установках и промышленных объектах, а также в отделе производственной санитарии и охраны окружающей среды ГНУ ВНИТИБП РАСХН в соответствии с планами государственной тематики (РК №01201169494).

Цель и задачи исследований.

Целью настоящей работы являлась разработка модели технологической системы биологической обработки жидких отходов предприятий АПК от азотных загрязнений на основе процессов биофильтрации.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

- исследование функционирования нитрифицирующего биофильтра в условиях максимального удаления азота в непрерывном и динамическом режиме псевдоожижения;

- исследование динамики поведения нитрифицирующей биомассы в зависимости от факторов, влияющих на управление концентрацией автотрофной биомассы, на ее кинетику и распределение вдоль фильтрующего массива;

- дать характеристику автотрофной биомассы по оценке ее активности и распределения внутри массива в зависимости от условий, использованных в системе;

- дать характеристику автотрофной биомассы по оценке ее распределения вдоль массива, полученную по профилям кинетики М-МН4+ в жидкости;

- разработать математическую модель процессов очистки сточных вод в аэробных погружных биофильтрах с использованием расчетных и экспериментальных коэффициентов, полученных в лабораторных условиях;

- определить степень корреляции расчетных и экспериментальных результатов.

Научная новизна.

1. Определены параметры, влияющие на удаление азота, активность и возраст автотрофной биомассы.

2. Определена плотность и толщина биопленки в зависимости от различных условий функционирования на входе и на различных этапах цикла «фильтрация-промывка»;

3. Произведена оценка распределения автотрофной биомассы по профилям кинетики Ы-Г'Ш/ в жидкости вдоль массива при различных гидравлических нагруках на входе в систему;

4. На основе комплекса проведенных экспериментальных работ разработана математическая модель нитрификации, описывающая динамику изменения концентрации иммобилизованной автотрофной биомассы, усвоение субстрата в биопленке, динамику нитрификации и прогнозирование процессов биофильтрации жидких отходов предприятий АПК;

5. Разработаны практические рекомендации по выбору характеристик реакторов с погружной прикрепленной биопленкой, функционирующих на сильно- и слабозагрязненных сточных водах, а также рекомендации по разработке комбинированных систем обработки сточных вод с рециркуляцией активного ила.

Практическая значимость.

Работа охватывает широкий диапазон технологических и конструктивных решений, обеспечивающих возможность оптимального функционирования производственного цикла аэробной погружной биофильтрации, и включающих обработку жидких отходов предприятий АПК в аэробных условиях автотрофной бактериальной массой, находящейся в иммобилизованном состоянии.

Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований аэробных систем обработки органосодержащих отходов с высоким содержанием азота и позволяют с высокой степенью надежности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих систем биологической очистки сточных вод. Разработанные рекомендации и предложения подтверждены материалами теоретических и экспериментальных работ, показавших высокую степень сходимости, что обеспечивает возможность их надежного использования в производственных условиях с учетом особенностей конкретных видов сточных вод и характеристик очистных сооружений.

Апробация работы.

На основании проведенных исследований разработаны:

Техническое задание на проведение опытно-конструкторских работ: Очистка сточных вод с использованием иммобилизационно-фильтрующих систем, повышающих надежность и производительность функционирования

очистных сооружений предприятий АПК». (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 09.11.2012г.).

Методические положения Моделирование процессов массопередачи кислорода и усвоение субстрата в барботажных реакторах с иммобилизованной биопленкой. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 14.04.2011г.)

Методические рекомендации по определению влияния фильтрационных условий на результаты очистки сточных вод в биологическом реакторе с погружными мембранами. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 07.12.2009г.)

Методические рекомендации по созданию комплексной системы биологической обработки жидких органосодержащих отходов. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 26.09.2008г.)

Результаты и материалы выполненной работы использованы: ОАО «МосводоканалНИИпроект» при разработке проектов «Реконструкция канализационных очистных сооружений левого берега г. Иркутска» и «Реконструкция канализационных очистных сооружений правого берега г. Иркутска» г. Иркутск, 2013г.; ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» г. Москва при проведении проектно-конструкторских работ по реконструкции ГСА г.Кирова с высокой долей сточных вод предприятий АПК г. Киров, 2013г. ОАО «ВОДОКАНАЛ» Тюменская обл. г. Ишим при проведении проектных работ по реконструкции очистки сточных вод ОАО Водоканал г. Ишим, 2013 г.;

Материалы диссертационной работы доложены на: X Международной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», г. Будапешт, 13-20 мая 2012г.; Международной научно-практической конференции «Научные основы производства биологических препаратов для АПК». Щелково. 5-7 декабря 2012;

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 196 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунков, 10 таблиц, 7 приложения. Библиография включает 229 наименований, из которых 143 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы, посвященный анализу современного состояния вопроса по теме работы, приведен в главе 1. Анализ имеющейся библиографической информации научных публикаций показал, что удаление азота органических загрязнений жидких отходов предприятий АПК является актуальной проблемой, решение которой может быть найдено при помощи методов иммобилизации микроорганизмов активного ила на твердых носителях различного вида.

Приводится обзор исследований кинетики процессов биофильтрации: определение параметров, расчет характеристик, анализ технологических схем обработки. Даются обоснование применения специфических приемов при третичной нитрификации и параметры, которые могут влиять на результаты очистки. Представлены материалы, посвященные оптимизации динамики нитрифицирующей биомассы в системе и позволяющие определить наиболее значимые параметры биофильтрации. В работе проанализированы материалы, касающиеся описания основных концепций структуры биопленок, которые характеризуют модели биопленки в ходе развития. Проанализированы обычно используемые модели удаления взвешенных веществ по нескольким существующим моделям биофильтрации с целью выявления лимитирующих стадий процесса.

Однако до настоящего времени существуют трудности, препятствующие широкому применению на практике методов расчета и проектирования промышленных аэрируемых погружных биофильтров при решении экологических проблем. На основе проведенного анализа современного

состояния вопроса показана актуальность решения поднятой проблемы и определены направления исследований, обеспечивающие достижение поставленной цели.

В главе 2 дано описание объектов, методов исследований и обработки их результатов. Представлены использованные экспериментальные установки и аппаратура.

Наблюдения условий испытаний, проведенные на протяжении исследований, отражают различные режимы функционирования пилотной установки. Основная область наблюдений посвяшена исследованию динамических условий биофильтрации при ее максимальной устойчивости. Описана концепция модели аэрируемого погружного биофильтра, механизмы его функционирования, характер изменений растворенных и диспергированных соединений, биологические реакции в биопленке.

Использование современных методов исследования позволило определить влияние различного рода воздействий на гидродинамические и массообменные процессы и оценить эффективность предлагаемых технологических и конструктивных решений. При проведении экспериментов использовались общепринятые методики, описанные в официальных изданиях.

В главе 3 представлены исследования по определению эффективности функционирования реактора с погружным слоем загрузки для обработки концентрированных сточных вод.

Аэробные реакторы с погружным слоем исследованы для реализации в них процессов нитрификации и остаточного удаления БПК, когда частицы слоя малы, фильтрационная и биологическая обработки требуют трудоемкой промывки (регенерации) реакторного слоя. Проведены исследования изменения в применяемых нагрузках в цикле по взвешенным веществам, общему ХПК, растворенному ХПК и БГЖ5 для трех скоростей потока воды: 3; 4,5 и 6 м3/м2.ч. На рис. 1 показано изменение применяемых нагрузок в цикле по БПК5 для трех скоростей потока воды: 3; 4,5 и 6 м3/м2.ч. Установлено, что скорость потока

исходной воды 4,5 м3/м2.ч соответствует оптимальной объемной нагрузке для растворимых и для нерастворимых загрязнений.

Рис. 1. Изменение скорости нагрузки (кгБПК5/м3.цикл) в зависимости от скорости потока воды (м3/м2.час)

Традиционный подход к оценке характеристик биофильтров был сфокусирован на удалении ВПК (общего и в растворенной форме).

Степень удаления БГПС в биофильтре достаточно хорошо описывается уравнением:

В уравнении (1) приведены величины показателя степени п для испытуемых установок равные 0,5-0,65 и определенные по результатам испытаний.

Перенос субстрата С5В через слой диффузии.

Перенос субстрата Сев осуществляется через слой диффузии согласно закону Фике как отклик градиента концентрации (Сэв - СК|)/Ьы,т (2). Поток субстрата в жидкой фазе так же как коэффициент переноса вещества Км, определяется как:

■Л, = 0„ (С"'~Сд) = км .(са - С5,) (2)

/ ,Нт

Толщина предельного слоя диффузии на поверхности раздела жидкость-пленка Ьщш меняется в зависимости от характеристик и скорости жидкости. При больших скоростях происходит увеличение коэффициента переноса вещества в массе биопленки Км, в процесс вовлекаются значительные массовые потоки субстрата в жидкой фазе

Субстрат, перемещающийся вследствие молекулярной диффузии, возникающей вследствие градиента массового потока в биопленке используется бактериями для своего роста. Для плоской биопленки это выражается как:

(1С, <и5,, ^ с1гС,

Л с1х 3 с1х2 5

(3)

Л, = Ъе— Л

Для биологических процессов, согласно зависимости Моно, уравнение может решаться математически. Скорость потребления субстрата в биопленке

г5 и конверсии всех растворимых составляющих представляют продукт кинетики рэ со стехиометрией V как:

г5 = у.р$ = V. . °2 ,СХ (4)

5 ^ К5+С5 ка +о2

Для высоких значений концентрации субстратов (С5 » К8) реакция рассматривается порядка 0, а в условии ограниченных субстратов (Сэ « К5) реакция рассматривается с порядком 1.

В конечном счете, растворенная субстанция перемещается в жидкой фазе к поверхности биопленки согласно механизму предельной диффузии, и достигнув биопленки, она транспортируется за счет молекулярной диффузии и разлагается биомассой.

Влияние коэффициента диффузии на плотность биопленки.

Диффузия растворенных соединений вовлекает клетки и внеклеточные полимеры внутрь биопленки слабее, чем в воду. Значение коэффициента диффузии в биопленке Бе, составляет приблизительно 80% от коэффициента диффузии субстрата в воде Бчу. Отношение ^ = имеет разные значения

для различных субстратов. По результатам испытаний установлена линейная зависимость между плотностью биопленки р в диапазоне 4-40 кг/м3 и коэффициентом снижения диффузии в слое биопленки /о для растворимых соединений: Ог, N03 (Рис. 2).

Установлено, что р менялася в соответствии с гидравлическим режимом, реализуемым в системе. Биопленки, подверженные значительным градиентам сдвига, таким как в псевдоожиженных слоях, будут иметь более значительные величины плотности р около 100 кг/м3 по отношению к бактериальным слоям или в погружных реакторах. В биофильтрах имеет место несколько значений р биопленки от 30-50 кгВВ/м3 до 230 кгВВ/м3. Плотность биопленки зависит от переменных во времени и различающихся в зависимости от глубины

биопленки внешних условий: температуры, нагрузки, окислительно-восстановительных условий (редокс-потенциала), частоты промывок.

Рис. 2. Изменение коэффициента в зависимости от плотности биопленки

Плотность биопленки, кг/м3

а 02 ■ N03

Исследование взаимодействия между биопленкой и жидкой фазой должно также учитывать изменение составов автотрофной и гетеротрофной биомасс.

Факторы, влияющие на функционирование нитрифицирующих биофильтров.

На результаты функционирования нитрифицирующих биофильтров влияют физические, экологические и операционные факторы, которые можно разделить на две категории:

• первая категория образует характерные параметры природы биопленки (микроскопический масштаб) и независимые от биологического реактора. Они представляют все процессы преобразования и переноса, подверженые растворенным химическим соединениям и диспергированным частицами внутри биопленки;

• вторая категория (макроскопический масштаб) описывает гидравлику и условия переноса питательных веществ в жидкой фазе на уровне поверхности биопленки, что является совокупностью параметров, описывающих конфигурацию биологического реактора.

На основе экспериментальных данных установлено, что толщина биопленки пропорциональна концентрации субстрата в жидкой фазе (сточной воде).

На рис. 3 приведена кривая зависимости количества сухой биомассы, выраженной в г/м2 загрузки, в зависимости от толщины биологической пленки.

Установлено соотношение между толщиной и плотностью р биопленки в диапазонах соответственно 0-2500 мкм и 0-100 кгВВ/м3 (рис. 4).

Рис. 3. Изменение количества биомассы в биопленке в зависимости от толщины биопленки

Толщина биопленки, мкм

Рис. 4. Плотность биопленки в зависимости от ее толщищы

Толщина биопленки, мкм

Можно сделать заключение, что при некоторой толщине биопленки существует насыщенная зона, после которой концентрация биомассы слабо изменяется при дальнейшем росте толщины пленки.

Нитрификация в биофильтре.

Нитрификация снижает щелочность среды реакции, вызывая освобождение ионов Н+.

В результате имеет место снижение рН в жидкой фазе так же как и в биопленке, что в таком случае может произойти остановка нитрификации (при рН ниже 6,5).

Ингибирование нитрификации может начаться при более высоких значениях рН в воде. На рис. 5 показана оптимальная активность, достигаемая при рН в диапазоне 7,5-8,0, которая значительно сокращается при рН ниже 6,8, а для рН равной 6 становится практически нулевой.

Рис. 5. Изменение относительной скорости нитрификации в зависимости от рН

5,5

6,5

7,5

РН

В главе 4 представлено взаимное воздействие параметров модели аэробного погружного биофильтра и оценка этого влияния на экспериментальные значения кинетичеких параметров процессов биофильтрации.

Модель биофильтра состоит из четырех составляющих моделей, принятых в рассмотрение:

- фильтрация взвешенных веществ;

- динамика биопленки;

- биологические реакции;

- циклы промывки.

Эти четыре составляющих моделей тесно связаны и позволяют установить балансы растворимых составляющих и взвешенных веществ во всей системе.

Математические модели для гранулированных фильтрующих слоев обычно основаны на дифференциальных уравнениях в частных производных, связанных между собой (табл. 1).

Таблица 1

Модель фильтрации

Параметр Зависимость

Перенос вещества между частицами, находящимися во взвешенном состоянии представленных в жидкой фазе, в пространстве пор фильтра Э С дс Л ^Эсг . " ЬэГ

Объёмная скорость фильтрации твёрдых веществ, накапливающихся вокруг материала

'-«НИ)

Скорость отрыва составляющих частиц 1 в течение цикла фильтрации ~ *х->' х],к =1 ]

Потери нагрузок в каждом горизонтальном слое] биофильтра

МОДЕЛЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Модуль АПБ использует те же биологические реакции, применяемые в моделе процессов с активном илом. Более того, модель позволяет пргнозировать профили N-N114 +, N-N03^1 ХПК на выходе из реактора и внутри .¡-х горизонтальных слоев, секционирующих высоту массива и к слоев, составляющих биопленку.

В табл. 2 представлены матрицы вычисления кинетики окисления углерода и азота. Для каждого процесса матрица предоставляет выражение скорости реакции в зависимости от принятых переменных.

Полученные результаты позволили определить эффективный подход, позволяющий выявить преимущества моделирования процесса биоразложения разнородных органических веществ смешанной бактериальной популяцией.

Полученные в лабораторных и производственных испытаниях результаты, сравнимы и имеют высокой коэффициент корреляции (г = 0,88-0,94).

Процессы Критерий процесса

х8 Хв.Н Хв.а Хмо 8о $n0

2 3 4 5 6 7 8 9

Аэробные гетеротрофы 1 -1хв

Аэробные гетеротрофы 1 1 -У„ -1хв ( 5, V V Л

2МУН

Аэробные автотрофы 1 4,57 -Гл 1 Ул 1 'хв у / V 50 ^ у

Ул V кнн + 5ли ) V кол + Яо )

Гетеротрофная биомасса н -1 Ьн-Хвн

Автотрофная биомасса 1-Гр -1 ¡ха-Гр-1ха Ьа-Хва

Аммонификация растворенной азот содержащей органики Ьа^ио-Хви

Таблица 2

Матрица функционирования модели в зависимости от биологических реакций углерода и азота. Матрица зависимости биологических реакций углерода и азота.

выводы.

1. Разработана математическая модель нитрификации, описывающая динамику изменения концентрации иммобилизованной автотрофной биомассы, усвоение субстрата в биопленке, динамику нитрификации и прогнозирование процессов биофильтрации жидких отходов предприятий АПК.

2. Разработаны практические рекомендации по выбору характеристик реакторов с погружной прикрепленной биопленкой, функционирующей в сильно- и слабозагрязненных сточных водах.

3. Определены количественные критерии концентрации автотрофной биомассы в системе (0,8-2,8 кгХПК/м3), проведена потенциальная оценка ее кинетики в массиве (ца.мах = 0,7-0,95 1/сут), оценена потеря биомассы с промывными водами (30-45%).

4. Определены характеристики автотрофной биомассы и оценены параметры, влияющие на общие результаты по удалению азота (по ИТК до 98%) и по скорости нитрификации (0,22-0,33 кгМН4+/м2.сут), биохимической активности и количественному определению автотрофной биомассы (3,6-6,5 кгХПК/м3), времени ее пребывания (4-15 сут).

5. Разработаны расчетно-экспериментальные методы определения оптимальных технических и технологических решений при проектировании аппаратов с иммобилизованной биопленкой на аэрируемых погружных биофильтрах.

Предложения для практики.

На основании проведенных исследований разработаны:

1. Техническое задание на проведение опытно-конструкторских работ: Очистка сточных вод с использованием иммобилизационно-фильтрующих систем, повышающих надежность и производительность функционирования очистных сооружений предприятий АПК». (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 09.11.2012г.).

2. Методические положения Моделирование процессов массопередачи кислорода и усвоение субстрата в барботажных реакторах с иммобилизованной биопленкой. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 14.04.2011г.)

3. Методические рекомендации по определению влияния фильтрационных условий на результаты очистки сточных вод в биологическом реакторе с погружными мембранами. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 07.12.2009г.)

4. Методические рекомендации по созданию комплексной системы биологической обработки жидких органосодержащих отходов. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 26.09.2008г.)

Результаты и материалы выполненной работы использованы:

1. ОАО «МосводоканалНИИпроект» при разработке проектов «Реконструкция канализационных очистных сооружений левого берега г. Иркутска» и «Реконструкция канализационных очистных сооружений правого берега г. Иркутска» г. Иркутск с годовым экономическим эффектом 80 млн. руб.;

2 ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» г. Москва при проведении проектно-конструкторских работ по реконструкции ГСА г.Кирова с высокой долей сточных вод предприятий АПК г. Киров, 2013г. с предполагаемым годовым экономическим эффектом 8,45 млн. руб.;

3. ОАО «ВОДОКАНАЛ» Тюменская обл. г. Ишим при проведении проектных работ по реконструкции очистки сточных вод ОАО Водоканал г. Ишим с годовым экономическим эффектом 800 тыс.руб./год;

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Денисов A.A., Крупский A.C., Денисова Е.А., Малышева A.A., Плотников М.В. Совершенствование механизма процессов седиментации дисперсных и коллоидных частиц органических загрязнений с помощью биополимеров активного ила. Химическая промышленность сегодня. 2013, № 5, с. 52-56.

2. Малышева A.A. Использование реакторов с восходящим потоком и фиксированным слоем биопленки для обработки предварительно осажденных сточных вод АПК. «ВЕТКОРМ». 2012, №. 2, с. 42-43.

3. Денисов A.A., Чичилеишвили Г.Д., Малышева A.A. Крупский A.C., Калистратов И.М., Плотников М.В. «ВЕТКОРМ». 2012. №6, с. 50-51.

3. Павлинова И.И., Малышева A.A., Крупский A.C., Калистратов И.М. Обработка животноводческих стоков. Моделирование комбинированных активно-иловых систем. Свиноводство. 2012, №. 4, с. 36-39.

4. Малышева A.A. Моделирование процесса идеального аэротенка-смесителя с целью интенсификации процессов очистки сточных вод. X Международная конференция «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», г. Будапешт, 13-20 мая 2012г., с. 72-76;

5. Денисов A.A., Чичилеишвили Г.Д., Малышева A.A., Гидродинамические процессы биологической очистки сточных вод предприятий АПК с использованием псевдоожиженных систем. Материалы Международной научно-практической конференции «Научные основы производства биологических препаратов для АПК». Щелково. 5-7 декабря 2012. С.525-529.

6. Денисов A.A., Чичилеишвили Г.Д., Малышева A.A., Крупский A.C., Калистратов И.М., Плотников М.В. Активно-иловые системы обработки животноводческих сточных вод. Материалы Международной научно-практической конференции «Научные основы производства биологических препаратов для АПК». Щелково. 5-7 декабря 2012. С.529-534.

7. Денисов A.A., Светличкин В.В., Денисова Е.А., Чичилеишвили Г.Д., Малышева A.A., Крупский A.C., Калистратов И.М. Гидравлические режимы подавления нитчатого вспухания активного ила в аэротенке. Материалы Международной научно-практической конференции «Научные основы производства биологических препаратов для АПК». Щелково. 5-7 декабря 2012. С.534-537.

8. Денисов А.А., Чичилеишвили Г.Д., Малышева А.А., Крупский А.С., Калистратов И.М. Механическое пеногашение в аэротенках смесительного типа. Материалы Международной научно-практической конференции «Научные основы производства биологических препаратов для АПК». Щелково. 5-7 декабря 2012. С.537-529.

Условные обозначения.

1л - БПК на входе в биофильтр, мг/л

Ье - БПК на выходе из биофильтра, мг/л

БПК5 - Биохимическое потребление кислорода, мг02/л

ХПК - Химическое потребление кислорода, мгОг/л

ВВ - Концентрация взвешенных веществ, мг/л

Б - Растворенная составляющая субстрата, мгХПК/л

X - Диспергированные составляющие/биомасса

ЬА - Скорость отмирания автотрофов, сут-1

Ьи - Скорость отмирания гетеротрофов, сут"1

С5В - Концентрация субстрата в жидкой фазе, мг/л

С5 - Концентрация субстрата в биопленке, мг/л

См - Концентрация субстрата на ¡-м слое биопленки

Ие - Коэффициент диффузии субстрата в биопленке, м2/с

- Коэффициент диффузии субстрата в воде, м2/с

Б - Глубина фильтрующей среды, м

^ - Коэффициент снижения диффузии в слое биопленки, -

ГР - Коэффициент трения

15е - Массовый поток субстрата в жидкой фазе, мг/м2.с

.Г,у - Массовый поток субстрата в биопленке, мг/м2.с

Км - Коэффициент массопереноса вещества в массе биопленки, м/с

Кцн - Коэффициент полунасыщения автотрофов для КТ-ЫН4+, мгЫ/л

Ко,а - Коэффициент полунасыщения автотрофов для 02, мг02/л

К8 - Коэффициент полунасыщения биомассы для субстрата, мг/л

I^ - Толщина биопленки, м

Ьы,т - Толщина предельного слоя диффузии на поверхности раздела

жидкость-биопленка, м

Т - Температура, °С

Х5 - Концентрация растворенной составляющей субстрата, мгХПК/л

Хв,д - Концентрация автотрофной биомассы в системе, мгХПК/л

Хв.н - Концентрация гетеротрофной биомассы в системе, мгХПК/л

Хмо - Концентрация азота в нитритной и нитратной формах, мг/л

УА - Прирост автотрофной биомассы, гХПКЛ^удаленного

Ун - Прирост гетеротрофной биомассы, гХПК/гЫудаленного

Бмо - Биоразлагаемые растворенные азотсодержащие органические ВВ, мг/л

- Концентрация растворенного НН4+, мг/л

Р - Средняя плотность сухой биопленки, кгВВ/м3

с1 - Процент абсолютно сухого вещемтва в слое биопленкиб %

Р<Э2 - Объемная масса кислорода, 1,42 02/л при 273 К и 1013 Па

РАУ - Средняя плотность влажной биопленки, кгВВ/м3

ЦА.МАХ - Максимальная удельная скорость роста автотрофной биомассы, сут"

ЕО - Начальная пористость слоя

8 - Пористость слоя

ДР - Потери нагрузки, м

АР,ш - Начальные потери нагрузки, м

V - Стехиометрический коэффициент, включенный в кинетику Сх и С5

К - Константа скорости первого порядка

© - Температурно-корректирующий фактор, равный 1,035;

О - Глубина фильтрующей среды, м;

(2 - Скорость гидравлического потока, л/м2.с;

п - Показатель экспоненты гидравлического потока

и - Скорость фильтрации, м/ч

1 - Длина, м

Хо - Начальный коэффициент фильтрации, [-]

а - Объем снятых ВВ к единице объема фильтрующего слоя, [-]

Си - Предельная объемная фракция осадков ВВ в слоях биопленки

ГР - Обобщенный фактор трения

^ - Скорость потребления субстрата в биопленке, 1/с

- Скорость поверхностного отрыва ¡-х составляющих частиц, мг/м2.с

Подписано в печать 07.05.2013г. Усл.п.л. - 1.5 Заказ №13883 Тираж: 100 экз. Копицентр «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул.Б.Семеновская 11, стр.12 (495) 542-7389 www.chertez.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Малышева, Анна Александровна, Щёлково

российская академия сельскохозяйственных наук

ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности»

На правах рукописи

04201358086

МАЛЫШЕВА Анна Александровна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БИОФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК

03.01.06 - биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор

лауреат премии Правительства РФ

Заслуженный деятель науки РФ A.A. Денисов

Научный консультант:

доктор технических наук А.Я. Дадасян

Щелково - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................6

Актуальность.........................................................................6

Цель и задачи.........................................................................7

Научная новизна......................................................................8

Практическая значимость.........................................................9

Апробация работы.................................................................10

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................................................

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.......................................................................12

1.1 КОНВЕНЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ С ФИКСИРОВАННЫМИ КУЛЬТУРАМИ И ВОЗНИКНОВЕНИЕ БИОФИЛЬТРОВ.......................12

1.2 ПОГРУЖНАЯ БИОФИЛЬТРАЦИЯ..............................................13

1.2.1 Основные признаки.........................................................14

1.2.2 Расчетные параметры............................................................15

1.3 ПРИМЕНЕНИЕ БИОФИЛЬТРАЦИИ НА ТРЕТЬЕМ УРОВНЕ НИТРИФИКАЦИИ.......................................................................17

1.3.1 Качество обрабатываемой воды соответственно места расположения биофильтра в технологической схеме очистки..................17

1.3.2 Развитие процесса нитрификации.......................................18

1.3.3 Параметры, влияющие на эффективность третичной нитрификации..............................................................................23

1.3.4. Заключение..................................................................23

1.4 ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ: СЛОЖНОСТЬ СРЕДЫ ДЛЯ ИММОБИЛИЗОВАННОЙ КУЛЬТУРЫ.............................................25

1.4.1 Проблемы......................................................................25

1.4.2 Структуры и основные понятия для моделирования биопленок ..26

1.4.2.1 Научные контекст................................................26

1.4.2.2. Механизмы переноса /транспорта и преобразования в

биопленке.....................................................................27

1.4.2.3 Дисперсные составы взвешенных веществ и микробные виды...........................................................................29

1.4.3. Модели биопленки.........................................................30

1.4.3.1 Модели одно или "псевдо "размерные.......................31

1.4.3.2. Модели «псевдо» двух размерные.............................33

1.4.4. Модели фильтрации........................................................34

1.4.4.1 Удержание взвешенных веществ МЕБ........................34

1.4.4.2. Потеря нагрузки..................................................35

1.4.4.3 Модель промывак.................................................37

1.4.5. Модели биофильтрации...................................................38

1.5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................40

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................................47

Глава 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.47

2.1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ......................................47

2.2 МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ БИОЦЕНОЗА ИММОБИЛИЗОВАННОЙ БИОПЛЕНКИ...........................................49

2.3 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ БАКТЕРИЙ.................................................................................51

2.4 МЕТОДОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АПБ..................................52

2.4.1 Тесты, выполненные на колонне АПБ.................................53

2.4.1.1. Фракционирование вытекающего стока....................53

2.4.1.2. Автотрофная биомасса стока на входе.....................54

2.4.1.3. Физические характеристики материала носителя и биопленки.....................................................................55

2.4.2 Максимальная скорость нитрификации в массиве...................57

2.4.2.1. Автотрофная биомасса массы в массиве...................57

2.4.2.2. Профили азотных форм вдоль фильтрующего массива..59

2.4.2.3. Баланс по взвешенным веществам ВВ по технологической

цепи вход - выход — выход стока........................................59

2. 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................59

Глава 3. СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ПОГРУЖНЫХ БИОФИЛЬТРАХ........................................................................67

3.1 АЭРОБНАЯ ОБРАБОТКА КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В РЕАКТОРЕ С ПОГРУЖНЫМ СЛОЕМ ЗАГРУЗКИ................................67

3.2 РАЗРАБОТКА РЕАКТОРОВ С БИОПЛЕНКОЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОСАЖДЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД........................72

3.3 РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ АКТИВНОГО ИЛА...................80

3.3.1 Методы удаления БПК в биофильтровых системах различных схем..........................................................................................80

3.3.2 Перенос субстрата Cs через слой диффузии.........................83

3.3.3 Факторы, влияющие на функционирование нитрификационных биофильтров................................................................................85

3.4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НИТРИФИКАЦИИ......................90

3.5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................94

Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БИОФИЛЬТРАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД........................................................................115

4.1 ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ, ФИЗИЧЕСКОЕ И ОБЪЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИСТЕМЫ.....................................................115

4.1.1. Геометрические параметры.............................................117

4.1.2. Гидравлические параметры............................................117

4.1.3. Природа биопленки................................................... 119

4.2 МОДЕЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ.........................................................121

4.3. МОДЕЛЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МОДЕЛИ АПФ...........................................................................130

4.4. МОДЕЛЬ БИОПЛЕНКИ...........................................................133

4.5 МОДЕЛЬ ПРОМЫВОК............................................................150

4.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................158

Глава 5. ОБСУЖДЕНИЕ.............................................................159

ВЫВОДЫ.................................................................................167

ЛИТЕРАТУРА...........................................................................168

Условные обозначения.................................................................191

ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................200

Приложение 1. Техническое задание на проведение опытно-конструкторских работ: Очистка сточных вод с использованием иммобилизационно-фильтрующих систем, повышающих надежность и производительность функционирования очистных сооружений предприятий АПК». (Утв.

Отделением ветеринарной медицины РАСХН 09.11.2012г.)...................201

Приложение 2. Методическое положение «Моделирование процессов массопередачи кислорода и усвоение субстрата в барботажных реакторах с иммобилизованной биопленкой» (Утв. Отделением ветеринарной медицины

РАСХН 14.04.2011г.) 22.06.2011г....................................................203

Приложение 3. Методические рекомендации по определению влияния фильтрационных условий на результаты очистки сточных вод в биологическом реакторе с погружными мембранами. Утверждено

Россельхозакадемией 07.12.2009г....................................................205

Приложение 4. Методические рекомендации по созданию комплексной системы биологической обработки жидких органосодержащих отходов.

Утверждено Россельхозакадемией 26.09.2008г....................................207

Приложение 5. Справка об использовании проектной организацией результатов научно-исследовательской работы. ГПУ

«МосводоканалНИИпроект» г.Москва..............................................208

Приложение 6. Справка об использовании проектной организацией результатов научно-исследовательской работы. ЗАО «Водоснабжение и

водоотведение». г.. Москва. 08.04.2013 г............................................209

Приложение 7. Акт внедрения результатов научно-исследовательской работы ОАО Водоканал г. Ишим, 2013 г...........................................210

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Вода является одной из первостепенных и необходимых условий существования человечества, требующих защиты для будущих поколений. Интенсификация активности человека приводит к все большему загрязнению естественной среды. В настоящее время законодательно пересматривается нормирование загрязненных и очищенных вод во всех формах. Это касается как урбанизационных, так и промышленных сбросов.

Для сточных вод предприятий АПК установлены нормы, определяющие концентрации вещеЬтв (взвешенные вещества, ХПК, БПК5, азот, фосфор и др ), требующих обязательного удаления на станциях очистки перед сбросом их в открытые водоемы.

С точки зрения существующих технологий, сооружения функционирующие по действующим нормам биологической очистки сточных вод, требуют увеличения в 3-4 раза строительных объемов для повышения степени очистки по биогенным элементам. Увеличение размера инфраструктур очистки стоков в большей части урбанизационных зон создает проблемы строительных площадей, требуя увеличить число сооружений и длину канализационной сети. Для повышенные степени очистки сточных вод на действующих сооружениях биологической очистки требуется разработка и внедрение более эффективных и производительных технологических процессов обработки сточных вод.

Существенный вклад в развитие биологических методов обработки органосодержащих отходов внесли: C.B. Яковлев, Я.А. Карелин, Е.И. Гюнтер, И.И. Павлинова, Ю.В. Воронов, И.В. Скирдов, В.Н. Швецов, М.А., В.Г. Тюрин, В.И. Баженов,, М.А. Евилевич, Р.Ш. Непаридзе, С.М. Шифрин, Ю.Ф. Эль, Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова, A.A. Денисов и другие. Разработка эффективных промышленных технологий обработки жидких

отходов требует проведения широких экспериментальных и теоретических исследований физико-химических и микробиологических процессов, как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Биофильтрация сточных вод, по сравнению с процессами, использущими иммобилизованные аэрируемые культуры, представляет собой эффективный прием интенсификации вторичной и третичной обработки стоков предприятий АПК от основного загрязнителя азота. Этот способ биофильтрационной очистки позволяет парировать залповые нагрузками на входе в очистные сооружения и повысить устойчивость их работы в условиях резких и часто меняющихся нагрузок. Эффективность такой системы очистки сточных вод позволяет осуществить ее использование на предприятиях со стоками, имеющими высокую степень загрязненности по биогеным элементам: животноводческие и птицеводческие комплексы, предприятия перерабатывающей промышленности АПК.

Настоящая работа посвящена разработке модели процесса, обеспечивающей осуществление прогнозирования комплекса характеристик систем очистки в реальных условиях их функционирования.

Диссертационная работа выполнялась на полупромышленных установках и промышленных объектах, а также в отделе производственной санитарии и охраны окружающей среды ГНУ ВНИТИБП РАСХН соответствии с планами государственной тематики (РК №01201169494).

Цель и задачи исследований

Целью настоящей работы являлась разработка модели технологической системы биологической обработки жидких отходов предприятий АПК от азотных загрязнений на основе процессов биофильтрации.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

- исследование функционирования нитрифицирующего биофильтра и условий предельного удаления азота в непрерывном и динамическом режиме псевдоожиження;

- исследование динамики поведения нитрифицирующей биомассы в зависимости от факторов, влияющих на управление концентрацией автотрофной биомассы, на ее кинетику и распределение вдоль фильтрующего массива;

- дать характеристику автотрофной биомассы по оценке активности и распределения внутри массива в зависимости от условий, использованных в системе;

- дать характеристику автотрофной биомассы по оценке ее распределения вдоль массива, полученную по профилям кинетики М-ИН/ в жидкости;

- разработать математическую моделей процессов очистки сточных вод в аэробных погружных биофильтрах с использованием расчетных и эмпирических коэффициентов, получаемых по результатам экспериментальных работ на физических моделях в лабораторных условиях; сравнение результатов прогнозирования и экспериментальных данных с целью определение степени их корреляции между собой.

Научная новизна.

1. Определены параметры, влияющие на удаление азота, активность и возраст автотрофной биомассы.

2. Определена плотность и толщина биопленки в зависимости от различных условий функционирования на входе и на различных этапах цикла «фильтрация-промывка»;

3. Произведена оценка распределения автотрофной биомассы по профилям кинетики Ы-ТЧН^ в жидкости вдоль массива при различных гидравлических нагруках на входе в систему;

4. На основе комплекса проведенных экспериментальных работ разработана математическая модель нитрификации, описывающая динамику изменения концентрации иммобилизованной автотрофной биомассы, усвоение субстрата в биопленке, динамику нитрификации и прогнозирование процессов биофильтрации жидких отходов предприятий АПК;

5. Разработаны практические рекомендации по выбору характеристик реакторов с погружной прикрепленной биопленкой, функционирующих на сильно- и слабозагрязненных сточных водах, а также рекомендации по разработке комбинированных систем обработки сточных вод с рециркуляцией активного ила.

Практическая значимость.

Работа охватывает широкий диапазон технологических и конструктивных решений, обеспечивающих возможность оптимального функционирования производственного цикла аэробной погружной биофильтрации, и включающих обработку жидких отходов предприятий АПК в аэробных условиях автотрофной бактериальной массой, находящейся в иммобилизованном состоянии.

Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований аэробных, систем обработки органосодержащих отходов с высоким содержанием азота и позволяют с высокой степенью надежности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих систем биологической очистки сточных вод. Разработанные рекомендации и предложения подтверждены материалами теоретических и экспериментальных работ, показавших высокую степень сходимости, что обеспечивает возможность их надежного использования в производственных условиях с учетом особенностей конкретных видов сточных вод и характеристик очистных сооружений.

Апробация работы.

На основании проведенных исследований разработаны:

Техническое задание на проведение опытно-конструкторских работ: Очистка сточных вод с использованием иммобилизационно-фильтрующих систем, повышающих надежность и производительность функционирования очистных сооружений предприятий АПК». (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 09.11.2012г.).

Методические положения Моделирование процессов массопередачи кислорода и усвоение субстрата в барботажных реакторах с иммобилизованной биопленкой. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 14.04.2011г.)

Методические рекомендации по определению влияния фильтрационных условий на результаты очистки сточных вод в биологическом реакторе с погружными мембранами. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 07.12.2009г.)

Методические рекомендации по созданию комплексной системы биологической обработки жидких органосодержащих отходов. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 26.09.2008г.)

Результаты и материалы выполненной работы использованы:

1. ОАО «МосводоканалНИИпроект» при разработке проектов «Реконструкция канализационных очистных сооружений левого берега г. Иркутска» и «Реконструкция канализационных очистных сооружений правого берега г. Иркутска» г. Иркутск, 2013г.;

2. ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» г. Москва при проведении проектно-конструкторских работ по реконструкции ГСА г.Кирова с высокой долей сточных вод предприятий АПК г. Киров, 2013г.

3. ОАО «ВОДОКАНАЛ» Тюменская обл. г. Ишнм при проведении проектных работ по реконструкции очистки сточных вод ОАО Водоканал г. Ишим, 2013 г.;

Материалы диссертационной работы доложены на: X Международной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», г. Будапешт, 13-20 мая 2012г.; Международной научно-практической конференции «Научные основы производства биологических препаратов для АПК». Щелково. 5-7 декабря 2012.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. ПРОЦЕССЫ С ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ КУЛЬТУРАМИ БИОФИЛЬТРОВ.

В середине прошлого века процессы с фиксированными культурами создавались путем включения полимерного материала носителя. Эта новая фильтрующая среда позволила получить многочисленные типы биофильтрации такие как аэрируемые погружные биофильтры. Эти биофильтры способны одновременно активно производить сепарацию твёрдых взвешенных частиц и биологическую деградацию в аэробной среде. Эти процессы обладают более высокими показателями очистки среди существующих систем с фиксированными культурами. Они становятся надежной альтернативой процессов с активным илом, находящимся во взвешенном состоянии. Обработка органического углерода, физическая фильтрация и нитрификация могут быть реализованы в одном сооруже