Технологическое моделирование комбинированного процесса биологического удаления фосфора из сточных вод

Кореньков, Александр Дмитриевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Технологическое моделирование комбинированного процесса биологического удаления фосфора из сточных вод
ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Технологическое моделирование комбинированного процесса биологического удаления фосфора из сточных вод"

4845744

КОРЕНЬКОВ АЛЕКСАНДР ДМИТРИЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ ФОСФОРА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МАЙ 2011

Щелково-2011

4845744

На правах рукописи

КОРЕНЬКОВ АЛЕКСАНДР ДМИТРИЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ ФОСФОРА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Щелково -2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московская академия коммунального хозяйства и строительства и в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности РАСХН

Научный руководитель: доктор технических наук Баженов Виктор Иванович

Научный консультант:

доктор биологических наук, профессор, Денисов Аркадий Алексеевич Заслуженный деятель науки РФ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Дадасян Артур Яшарович

доктор технических наук, профессор Ксенофонтов Борис Семенович

Ведущая организация: Московский государственный университет

инженерной экологии

Защита состоится 13 мая 2011г 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, Е-таП: vnitibp@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности

Автореферат разослан 12 апреля 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, ^

кандидат биологических наук ■ Фролов Ю.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Основными видами загрязнений производственных и бытовых сточных вод являются углеродные, азотные и фосфорные соединения. Особо неблагоприятное воздействие на водные бассейны и их микрофлору оказывают фосфорные составляющие загрязнений, приводящие к эвтрофикации водоемов. Вследствие чего для оздоровления водных объектов необходимо принятие мер, прежде всего, по снижению содержания фосфора в коммунальных сточных водах и предприятий АПК. Наиболее предпочтительным с этой точки зрения является биологический способ дефосфатации. Сущность биологической дефосфатащш состоит в том, что отдельные виды микроорганизмов активного ила в определенных условиях их культивирования поглощают фосфаты из жидкой фазы (сточной воды) и выводят их из очистных сооружений вместе с избыточной биомассой.

Существенный вклад в развитие методов обработки сточных вод биологическими методами внесли: Яковлев C.B., Жмур Н.С., Денисов A.A., Данилович Д.А., Бондарев A.A., Карюхина Т.А., Мишуков Б.Г., Залетова H.A. и другие.

Биологическая дефосфатация имеет большие преимущества перед физико-химической, т.к. не требует для ее осуществления каких-либо химических реактивов и поэтому является перспективным методом обработки фосфорсодержащих сточных вод. Однако технология этого вида очистки в промышленных масштабах до настоящего времени не отработана и применяемые в настоящее время способы биологической очистки сточных вод от фосфора недостаточно эффективны.

Цель и задачи исследований Целью настоящей работы является создание технологических моделей комбинированных процессов биологического удаления соединений фосфора из коммунальных и промышленных сточных вод.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

• Определить характерные особенности процессов и технологические сложности формирования и удаления фосфорсодержащих соединений при комбинированном биологическом удалении органических загрязнений из коммунальных и промышленных сточных вод.

" • Определить управляющие факторы сверхаккумулирования фосфора биоценозом активного ила и разработать комбинированную аппаратурно-технологнческуго схему извлечения фосфора из сточных вод биологическим методом.

• Идентифицировать доминирующие виды микроорганизмов, потребляющие фосфорсодержащие субстраты биоценозом активного ила.

• Разработать математическую модель биологической дефосфатации в аэробно-анаэробных процессах обработки сточных вод;

• Разработать динамические модели процессов осаждения, осветления и уплотнения флоккулированных суспензий в условиях стесненной седиментации.

• Провести сравнение результатов моделирования процессов удаления фосфорсодержащих соединений и проверить сходимость расчетных и экспериментальных данных.

Научная новизна.

1. Установлено, что исследованный процесс дефосфатации обеспечивает минимальную степень удаления фосфора от 40 до 90% и сопровождается образованием кристаллов струвита и фосфатов кальция.

2. Исследованы физико-химические характеристики процессов дефосфатации и определены условия сверхаккумулирования фосфора бактериями активного ила.

3. Идентифицированы доминирующие виды фосфорпоглощающих бактерий активного ила и установлены технологические параметры управления процессами очистки сточных вод от фосфоросодержащих соединений.

4. Разработана параметрическая модель процесса сверхаккумулирования фосфора биоценозом активного ила.

5. Разработана математическая модель стесненного осаждения суспензий сверхаккумулированного фосфором активного ила во вторичных отстойниках.

6. Полученные результаты позволяют научно обосновать конствуктивно-тохнологические решения, применяемые при проектировании новых и реконструкции действующих сооружений биологической очистки.

Практическая ценность.

Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований анаэробных, аноксидных и аэробных систем обработки фосфорсодержащих стоков 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 и обработки осадков очистных сооружений. 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 видрв и характеристик очистных сооружений.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы доложены на Международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию ВНИТИБП РАСХН. 2009; IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем», г. Пенза. 2010; X Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности, г. Пенза, 2010.

На основании проведенных исследований разработано «Научно-методитечкое руководство по технологическому моделированию процесса биологического удаления фосфора из сточных вод». (Утв.Ученым советом ГОУ ВПО МАКХиС, 15.12.2010г.).

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков, 17 таблиц, 3 приложения. Библиография включает 114 наименований, их которых 56 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы к настоящему времени, проведенный в главе 1, установил, что введение в фосфорсодержащие сточные воды солей металлов (алюминия и железа) обеспечивает коагуляцию соединений фосфора -ортофосфатов и полифосфатов благодаря протеканию комплекса различных химических реакций. В результате может быть получена достаточно высокая степень удаления фосфатов, что благотворно сказывается на эффективность дальнейшего хода биологической очистки сточных вод. Однако применение физико-химического способа дефосфатации требует расхода большого количества химических коагулянтов и в связи с этим практически нецелесообразно с технико-экономической точки зрения. .

Сложность удаления фосфора из сточных вод состоит в отсутствии нейтральных для окружающей среды фосфорсодержащих соединений, как это имеет место в случае углерода и азота (углекислый газ и свободный азот).

В исходных сточных водах, подаваемых на очистку, фосфор находится в форме полифосфатов и ортофосфатов. При этом в основном это полифосфаты в виде моющих растворов и ортофосфаты, которые являются производными процессов гидролиза полифосфатов и составляют 20-35% от общего фосфора. Концентрация общего фосфора для производственных сточных вод составляет от 5 до 16%, но в основном - 8%.

Как показали проведенные исследования, включение анаэробной стадии в традиционную схему приводит к тому, что количество фосфора, поглощаемого активным илом, увеличивается в несколько раз.

Установлено, что бактерии рода АстеЮЪаМег, АпЪгоЬаЫег, НуркоткгоЫит и 5'рЬаегоШш па1ат (Р-бактерии) обладают повышенной способностью к аккумулированию фосфатов. Именно эти бактерии в большом количестве обнаружены в активном иле исследуемых сооружений.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что возможна обработка сточных вод, имеющих фосфорные загрязнения, биологическими методами с эффективностью выше 80% в течение относительно длительного периода.

Глава 2 посвящена объектам, материалам и методам, экспериментальным исследований.

Исследования проводились в серии аэрационных бассейнов различного объема от лабораторных до промышленных, установленных на сооружениях биологической очистки. При испытаниях использовались сооружения различных геометрических форм и конфигураций, основными изменяющимися геометрическими параметрами были:

- высота воды в бассейне;

- уровень воды выше системы аэрации;

- геометрические формы бассейна.

В работе использовались практически все применяемые в настоящее

время типы диффузоров, различающихся размерами, образующихся в момент отрыва пузырей воздуха, подаваемого в воду (от 1 до 6 мм).

Кроме того, использовались в качестве аэраторов перфорированные и пористые полиэтиленовые трубы.

В ряде бассейнов диффузоры (пористые и перфорированные трубы) размещались продольно, что соответствует размещению воздухораспределителей у дна промышленного аэротенка рядом с перегородкой и по всей длине сооружения.

В двух бассейнах размещение распределителей воздуха диктовалось необходимостью изучения процессов циркуляции и массопередачи кислорода в двух планах: вертикально и горизонтально.

Перенос кислорода в бассейнах характеризовался коэффициентом массопереноса кислорода К1а, при этом определялась корреляционная зависимость этого фактора от геометрических параметров бассейна и расхода воздуха, подаваемого на аэрацию.

Критерии экстраполяции циркуляции и переноса кислорода сравнивались с известными критериями, используемыми в настоящее время при проведении исследований.

Измерение локальных скоростей производилось, при помощи микровертушки, установленной под прямым углом к горизонтальной оси бассейна для получения профиля скорости и около днища бассейна для определения горизонтальной скорости течения.

Ввиду того, что температура воды в процессе испытаний аэрационных бассейнов была различной, то полученные результаты К1а приводились к температуре 20°С, используя уравнение:

К1а.20°С = К/а(Г)Л,024(го"г' ^

Для определения концентрации растворенного кислорода использовались два датчика: один располагался на глубине 10-15 см от поверхности, другой на половине глубины, Н/2.

Измерение потери напора на уровне диффузора позволило уточнить

реальный расход подаваемого воздуха с помощью предварительно отгарированных ротаметров.

При выполнении работы был проведен комплекс экспериментально-технологических исследований на промышленных объектах, полупромышленных установках и в лабораторных условиях с целью определения функционирования аэрационных сооружений, определения влияния на гидродинамические и массообменные процессы различного рода воздействий и оценки эффективности предлагаемых технологических и конструктивных решений по повышению эффективности изучаемых процессов. При проведении экспериментов использовались общепринятые методики, описанные в официальных изданиях.

Полученная информация, с целью определения ее надежности, подвергалась проверке по ряду критериев: возможности объединения нескольких выборок, однородности полученных данных и исключения их выбросов, определения полей допуска с заданной вероятностью риска (ошибки) не менее 95%. Результаты экспериментальных работ использовались для анализа только в тех случаях, когда полученные статистические оценки удовлетворяли требованиям несмещенности, эффективности и состоятельности.

Приведенные в настоящей работе данные свидетельствуют об эффективности использования применяемых методик для достижения поставленных научно-исследовательских задач.

Идентификация культур бактерий, выделяемых из проб сточных вод и активного ила проводили с использованием Краткого определителя бактерий Берги (под ред. Дж. Хоулта, М., Мир, 1980).

Общие микробиологические исследования проводили согласно «Инструкции по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах» М., Колос, 1982.

Анализ проб воды осуществлялся по методикам, описанным в изданиях: Лурье Ю.Ю. «Аналитическая химия промышленных сточных вод», М., Химия, 1984; «Методика проведения технологического контроля работы очистных

сооружений городской канализации» под ред. О.Т. Болотина, 1971; «Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», Москва, 1974; «Методические рекомендации по определению общего органического углерода в очищенных сточных водах с помощью газовой хроматографии», М., АКХ, 1977.

В главе 3 приведены экспериментальные материалы по извлечению фосфора из сточных вод.

Биологическое удаление фосфора связано с двумя явлениями:

- классическое удаление фосфора бактериальной ассимиляцией (1-2% Р по массе летучих взвешенных веществ (МЬУББ),

- биологическая дефосфатация основанная на накоплении фосфора биомассой сверх метаболической необходимости роста.

В настоящее время путь биологического удаления фосфора является более благоприятным, т.к. классический путь не позволяет добиться требуемой степени очистки.

Принцип биологического сверхнакопления основан на массопсреносе фосфора из жидкой фазы (исходный сток) к твердой фазе (активный ил). Это накопление осуществляется фосфорпогощающими микроорганизмами. Активный ил прогрессивно обогащается фосфором вплоть до значений порядка 0,38 мгР/г.\ТА. Удаление фосфора производится удалением избыточного активного ила в условия, где выделение фосфора невозможно и контролируется.

Биологическая часть явления дефосфатации объясняется накоплением в аэробной фазе внутриклеточных полифосфатов, развитие которого благоприятно в чередовании аэробных и анаэробных фаз. Пополнения постоянной убыли будет происходить химическим осаждением внеклеточного фосфора в анаэробной фазе, тогда как выделение неорганического фосфора (явление интенсивности зависит от содержания кальция и магния в обрабатываемом стоке). Данное удаление может происходить и без добавления

химических реактивов, что очень интересно с точки зрения экономики и защиты окружающей среды.

Сопутствующее осаждение фосфора изучалось в биореакторе БЕЖ, осуществляющем обработку нитрификацией стока при 30 °С и богатого аммонием и фосфором.

Изменение концентраций фосфора зависит от температурных условиях. Увеличение температуры до 40 °С приводит к более значительному снижению концентрации фосфора, которое достигает 0,30 мг/л в течение первых 3 часов кинетики.

Могут быть выделены следующие заключения:

- процесс показывает минимальную степень удаления фосфора в 40 % и достигает процент удаления порядка 90 % при накоплении аммония в реакторе. Этот результат может объясниться образованием фосфатов кальция (в особенности гидрооксиапатита) и струвита (временно, когда аммоний нитрифицируется только парциально).

- анализы и расчеты химических равновесий демонстирируют сильное влияние рН на тип образовывающегося осадка. Струвит, особенно формируется при рН более 8, в то время как фосфаты кальция при рН 7 - 8,5; и расчеты показывают их присутствие (больше в частности гидрооксиапатита) на всей гамме изученного рН (7 - 9).

Следовательно, возможно ориентировать процесс для образования и оценки специфического осадка, при условии удержания под контролем управляющих факторов (рис. 1).

Полученные результаты, позволили проверить и контролировать термодинамические и химические равновесия (струвит и гидрооксиапатит).

Таким образом, является возможным контроль формирования частиц в биореакторе для того, чтобы пользоваться более простой рекуперацией взвешенных веществ в зоне осаждения и частичным разделением органических и минеральных веществ.

Итак, в работе, большинство осадков оказывается аггломерированно в

активном иле, что ведет к удалению смеси, состоящей из 50% органических и 50% минеральных веществ.

Рис. 1. Изменение форм осажденного фосфора в зависимости от рН

юо %И11

В Р-ортофосфата ■ Р-струвита ЕЗ Р-гидрооксиапатита

Это предполагает, что сформированный активный ил должен представлять характеристики обезвоживания, фильтруемости и стабилизации, позволяя возможное повышение использования в сельскохозяйственном секторе, например, удобрения. Интерес к активному илу, произведенному при таком типе культивирования, подтвердил, что он обладает хорошими качествами при утилизации в сельском хозяйстве, в частности по обезвоживанию.

В главе 4 рассматривается проблема дефосфатации сточных вод биологическими методами.

В анаэробных условиях отсутствие акцепторов электронов, таких как кислород, нитрит или нитрат, вызывает стресс бактерий. Находясь в стрессе и для того, чтобы поддержать основные механизмы, такие как превосходство в

конкурентной борьбе полуляций, некоторые гетеротрофные бактерии, называемые дефосфатирующие, внутриклеточно запасают РИА (ро1уЬус1гоху-аЬапо^еэ), начиная с летучих жирных кислот, в частности метаболиты ферментации анаэробных бактерий, тип молекул которых является уксусной кислотой. Параллельно они разлагают внутриклеточные запасы полифосфатов и высвобождают ортофосфаты.

Доля фосфора удаленного традиционной схемой аэробной биологической очисткой составляет примерно 25 % суточного количества переработанного фосфора. Для того, чтобы увеличить показатели удаления фосфора, сооружения функционирующие с использованием активного ила, реализуют удаление фосфора осаждением физико-химическим путем, либо перенасыщением (сверхаккумулированием) биомассы активного ила биологическим путем, либо сочетанием указанных процессов.

Во всех случаях, фосфор выводится из системы обработки удалением с избыточным активным илом. Биологическая обработка объединяет ассимиляцию фосфора биомассой для своих минимальных метаболитических потребностей и сверхнасыщение фосфора дефосфатирующими бактериями за пределами их метаболитических потребностей.

В процессе биологического удаления фосфора активным илом биомасса подвергается воздействию чередованием аэробных и анаэробных условий.

Процесс биологического удаления фосфора может быть описан следующим образом (рис. 2).

* В анаэробиозном бассейне дефосфатирующие бактерии синтезируют продукт запаса РИА, начиная с легко биоразлагаемого субстрата сточных вод и освободившуюся энергию внутриклеточным гидролизом полифосфатов. Результатом является высаливание фосфатов во внешнюю среду.

* В аэробном бассейне РНА и органические вещества, содержащиеся в сточных водах, окисляются бактериями. Респирация кислорода производит энергию, необходимую бактериям для восстанавливения своего запаса полифосфатов и для роста.

Рис. 2. Выделение и потребление фосфора в зависимости от времени

Время, час

Биологическое удаление фосфора связано с повторным поглощением фосфора более значительно, чем высаливание.

Внутри биомассы, осуществляющей очистку, совместно функционируют четыре типа субстанций: РИА, синтезированные из легучих жирных кислот, составляющих углеводы, играющие главным образом роль энергетического резерва; летучие жирные кислоты с молекулами, содержащими максимальное количество атомов углерода; гликоген, задачей которого является обеспечение механизмов биологической дефосфатации на всех трех уровнях процесса; катионы, и К , будучи выделенными одновременно в анаэробной

фазе выделение фосфора вызывает осаждение фосфора. Эффективность биологической дефосфатации главным образом связана с:

концентрацией простых легко биоразлагаемых субстратов, содержавшихся в сточных водах, которые могут производиться в анаэробной фазе;

- соотношением БПК/Р (или ХПК/Р) сточных вод, которое оказывает воздействие на степень эффективности ассимиляции;

- наличием реальных анаэробных и аэробных условий в реакторе;

- соблюдением достаточного времени пребывания в анаэробном и аэробном реакторах, для того чтобы реакции выделения и потребления были полными и завершенными (рис. 3);

- возрастом активного ила;

-окислительно-восстановительным потенциалом еН (рис.4).

Рис. 3. Разность концентраций фосфора в анаэробной и аэробной секциях в зависимости от времени пребывания в анаэробной секции

0 12 3

Время пребывания в анаэрорбной секции, час

Рис. 4. Эффективность удаления фосфора в аэробной зоне в зависимости от еН в анаэробной зоне

Эффективность, % ■ м ■ 1 VU ЛЛ ■ JO

ÖU

■ OU ■^ЧЛП -

00 -1 50 -1 00 -Е еН, и >0 MB ) 5 0 1(

Изученный процесс удаления фосфора в значительной степени зависел от двух параметров: содержания летучих жирных кислот (VFA) в анаэробной стадии и возраста активного ила. Для данного возраста активного ила зависимость вывода фосфора от поглощения VFA в анаэробной стадии отображается прямой линией,

- Р„,=а + ß.VFAllp, (2)

в то время как поглощение фосфора в неанаэробных стадиях соответствовало логарифмической кривой

Kpl=r + aM{yFA,J (3)

Чистое удаление фосфора (Ргет) может быть определено по формуле (3):

Prem = Pup! ~ Pre!

На рис. 5, 6 показаны зависимости эмпирических коэффициентов а и ß, у и ст от возраста активного ила.

Рис. 5. Значение коэффициентов альфа и бета в зависисмости от возраста активного ила

а.

га" •в-л

10 8 6 4 2 0

"ч

Л;

*Пх

—

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

а.

о ш

10 20 30 40 50 60 70 80 Возраст активного ила, сут

-альфа

-бета

Рис. 6. Значение коэффициентов гамма и сигма в зависимости от возраста активнорго ила

£ -50 г

я -100 г

Я -150 -200

20 30 1111

00 70 80.

••

ч --

л 5

Возраст активного ила, сут

-Гамма

- Сигма

При увеличении возраста активного ила увеличивается разложение фосфорпоглощающих организмов и, следовательно, это приводит к лизису

полифосфатов; кроме того, количество эндогенной биомассы, готовой к удалению фосфорпоглощающих организмов, увеличивается. Параметр связан с возрастом активного ила с помощью логарифмической кривой:

а = -10,61+4,64.1п(0,) г =0,98 (5)

Анализ полученных данные позволил сделать следующие выводы:

1)Минимальная концентрация быстро биоразлагаемого микроорганизмами ХПК в анаэробном реакторе (БьеД необходимая для стимулироваия выделения фосфора в реакторе составляет приблизительно 25 мгХПК/л.

2)Степень выделения Р повышается, когда Бьм увеличивается более 25 мгХПК/л, т. е. выделение Р увеличивается, когда разность (8^-25) увеличивается.

3)Дополнительное выделение фосфора может быть получено только тогда, когда имеет место выделение фосфора и это тенденция увеличиваться с увеличением разности (8Ь5а-25).

Анализ этих данных показал, что имеет место 8ь5а> 2 мг ХПК/л:

1) для фиксированного коэффициента рециркуляции и поступающего ХПК увеличение объема анаэробного реактора (за счет других реакторных объемов) приводит к увеличению выделения и удалению Р;

2) для фиксированного коэффициента рециркуляции и объема 1 анаэробного реактора, увеличение притока концентрации ХПК приводит к

увеличению выделения и удалению Р.

Дополнительное удаление Р имело место, когда 8ь5а> 25 мгХПК/л:

1) Когда Бьм увеличивался выше 25 мгХПК/л, удаление Р увеличивалось;

2) Чем дольше фактическое анаэробное время пребывания (Та„), тем больше удаление Р.

3) Чем больше масса ила, рециркулируемого через анаэробный реактор, тем выше удаление р.

4) Чем больше масса ила, рециркулируемого через анаэробный реактор каждый день, выраженная как фракция массы ила в процессе, тем больше удаление Р.

Поскольку удаляемый дополнительный Р является биологически активным, можно предположить, что, во-первых, только активная доля ила может принимать фосфор в избытке, во-вторых, удаление фосфора может увеличиваться пропорционально фосфору в увеличивающей активной массе, и, в-третьих, доля фосфора в инертных фракциях активного ила будет оставаться неизменной. Принимая эти предположения, может быть получено следующее уравнение для удаления дополнительного фосфора, основанное на устойчивом состоянии модели активно-илового процесса, представленной в виде:

(6)

Результаты моделирования биологической дефосфатации сточных вод (рис. 7) были использованы, чтобы проверить адекватность модели относительно экспериментальных результатов.

Рис. 7. Зависимость коэффициента сверхнакопления фосфора (гамма) от фактора удаления фосфора (Рг)

0,4

5 <

о о га

и и

(о £ а ^ О 2

-9- -с и то

2 г •8- 2

к 2 с — о Ч

0,3

0,2

0,1

♦ _

♦

Г=0,36 -ОДе р/

4 6

Фактор удаления фосфора Рг

Полученные из выведенных уравнений расчетные данные показали высокую степень сходимости с экспериментальными результатами -

коэффициент корреляции составил приемлемую величину 0,93.

В целом, результаты работы показали, что математические модели обеспечили удовлетворительное отражение исследованных условий и хорошую сходимость с экспериментальными данными.

Глава 5 посвящена рассмотрению процессов отстаивания фосфорсодержащих твердых частиц.

Предлагается альтернативная модель скорости осаждения, обеспечивающая унифицированный подход к динамическому моделированию процессов осаждения и уплотнения осадка.

Твердые частицы, находящиеся в объеме отстойника, могут быть оценены путем анализа лимитирующего потока твердых частиц. В отстойнике с непрерывным движением нисходящих потоков твердых частиц баланс равен сумме гравитационного потока осаждения и нисходящего потока твердых частиц, связанного с объемным движением жидкости.

• Моделирование процессов осаждения, осветления и уплотнения производилось с учетом разделения жидкости и твердых взвешенных частиц, динамики процессов многоуровневой модели разделения твердых частиц в отстойниках в процессе экспериментальных работ на пилотной установке.

При этом были исследованы процессы осаждения флоккулируемых частиц во вторичных отстойниках, скорости осаждения и распределение размеров частиц в объеме сооружения. В процессе работы была установлена взаимозависимость между концентрацией взвешенных веществ и распределением размеров частиц, которая позволила установить эмпирические коэффициенты между основными параметрами суспендированных жидкостных потоков в отстойнике.

Использование динамического моделирования параметров осаждения (3-Б) позволило определить степень очистки сточных вод по фосфору в зависимости от концентрации взвешенных веществ и от концентрации фосфора во взвешенном активном иле (рис. 8).

Рис. 8. Концентрация фосфора в очищенном стоке в зависимости от концентрации взвешенных веществ (ВВ) и от концентрации фосфора во взвешенном активном иле.

Данные расчетов с использованием математической модели осаждения показали высокую степень сходимости с экспериментальными результатами, коэффициент корреляции при этом составил 0,91-0,94.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны технологические модели комбинированного процесса биологического удаления соединений фосфора с помощью доминирующих видов микроорганизмов из коммунальных и промышленных сточных вод.

2. Определены оптимальные технологические режимы культивирования фосфорпоглощающего биоценоза активного ила путем чередования анаэробной, аноксидной и аэробной зон обработки, обеспечивающих повышенную интенсивность процесса удаления загрязнений сточных вод от фосфора.

3. Идентифицированы доминирующие виды фосфорпоглощающих бактерий, ' основными из которых являются АапеМЬааег, АпкгоЬааег, НурИотгсгоЫит и БрИавгоШия пшат, обладающие повышенной способностью к аккумулированию фосфатов.

4. Определены основные виды фосфорсодержащих соединений (Р-ортофосфата, Р-струвита, Р-гидрооксиапатита), их содержание в сточных водах различного происхождения и динамика изменения их процентного содержания в зависимости от величины рН.

5. Максимальное выделение фосфатов в анаэробной зоне, требует проведение следующих мероприятий:

- поддержания еН в анаэробной зоне для реализации эффективного выделения, совместимого с дефосфатацией находится в диапазоне от -100 до -500 мв;

- обеспечения достаточного контакта дефосфатирующих бактерий с субстратом при помощи перемешивания доминирующей массы потока (Яе = 800-1600) в течение анаэробной фазы.

6. Максимальное поглощение ортофосфатов в аэробной секции требует проведение следующих мероприятий:

- аэрация должна обеспечить концентрацию растворенного кислорода порядка 0,2 - 2,0 мг/л по окончании периода аэрации;

- поддержание возраста активного ила на уровне 5-10 суток;

- исключить выделение фосфатов при выводе гомогенного отстоявшегося активного ила и иметь достаточный уровень рециркуляции в зону денитрификации (г > 100-150%).

7. Разработана математическая зависимость сверхаккумуляции фосфора от величин поглощения летучих жирных кислот и возраста активного ила.

8. Динамическое моделирование (З-Ц) позволило определить степень очистки сточных вод по фосфору в зависимости от концентрации взвешенных веществ и от концентрации фосфора во взвешенном активном иле на выходе из вторичного отстойника.

9. Полученные параметры потока корректно моделируют фазы стесненного осаждения и уплотнения биоценоза активного ила (г = 0,91-0,94).

Предложения для практики. На основании проведенных исследований разработано «Научно-методитечкое руководство по технологическому моделированию процесса биологического удаления фосфора из сточных вод». (Утв .Ученым советом ГОУ ВПО МАКХиС, 15.12.2010г.).

Результаты и материалы выполненной работы использованы ГУЛ «МосводоканалНИИпроекг» при разработке проекта очистных сооружений г. Владивосток, 201 Ог с предполагаемым годовым экономическим эффектом 1,1 млн. руб в год; ЗАО» Водоснабжение и водоотведение» г.Москва при проведении проектно-конструкторскнх работ по объекту: Очистные сооружения г. Кунгур, Пермской обл. 2011 г., годовой экономический эффект от использования ориентировочно составляет 5,42 млн.руб в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кореньков А. Д. Динамическая модель процессов осаждения-уплотнения осадка в отстойниках // Экология и промышленность России. -2010. -№10,- С. 2-5.

2. Баженов В.И., Кореньков А.Д. Процессы осаждения флоккулированных водно-иловых суспензий во вторичных отстойниках // Достижение науки и техники АПК,- 2010. - № 9. - С. 76-77.

3. Денисов A.A., Баженов В.И., Кореньков А.Д. Очистка сточных вод свиноводческих комплексов от фосфора биологическим методом // Свиноводство. -2011. - №. 3. - С. 29-32.

4. Денисов A.A., Кореньков. А.Д. Моделирование обработки фосфоросодержащих соединений: мат. Межд. научно-практ. конф. - Щелково. 2009.-С. 617-619.

5. Денисов A.A., Кореньков. А.Д., Крупский A.C. Механизм очистки сточных вод от фосфора: сб. статей IV Всерос. научно-практ. конф. «Мониторинг природных экосистем». - Пенза, 2010.-С. 31-32.

6. Баженов В.И., Кореньков А.Д., Цыганов A.B. Исследование процессов стесненного осаждения активных илов в отстойниках в целях экологической и техногенной безопасности городов: сб. статей. X Межд. научно-практ. конф. «Экология и безопасность жизнедеятельности». - Пенза, 2010. -С. 19-21.

Отпечатано в ООО "Мещёра", г. Щёлково, ул. Свирская, д.8а Тираж 100 экз. Заказ № 336

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кореньков, Александр Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность проблемы.

Цель и задачи исследований.

Научная новизна.

Практическая ценность.

Апробация работы.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 СОЕДИНЕНИЯ ФОСФОРА В СТОЧНЫХ ВОДАХ.

1.2 БИОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕФОСФАТАЦИЯ.

1.3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ДЕФОСФАТАЦИЯ.

1.4 МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДКА.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Технологическое моделирование комбинированного процесса биологического удаления фосфора из сточных вод"

Актуальность проблемы

Основными видами загрязнений производственных и бытовых сточных вод являются углеродные, азотные и фосфорные соединения. Особо неблагоприятное воздействие на водные бассейны и их микрофлор оказывают фосфорные составляющие загрязнений, приводящие к эвтрофикации водоемов. Их воздействие проявляется в стихийном росте микроскопических водорослей в открытых водоемах, причем этот процесс наиболее интенсивно развивается летом, когда объединяются такие комбинированные факторы, как присутствие обильного питания (азот, фосфор), воздействие солнечных лучей и повышенных температур воздуха и др. Эвтрофикация приводит к ухудшению качества вод, которое нарушает экологическое равновесие водных бассейнов и их использование для забора воды для питьевых и технологических целей.

Основным фактором, вызывающим эвтрофикацию, является высокое содержание фосфора. Поэтому для оздоровления водных объектов необходимо принятие мер, прежде всего, по снижению содержания фосфора в сточных водах предприятий.

Задача состоит в снижении концентраций по фосфору до значений, при которых исключается интенсивное развитие водорослей. В настоящее время наибольшее распространение получили два способа дефосфатации сточных вод: физико-химический - с помощью коагулянтов и биологический - с помощью микроорганизмов активного ила.

Физико-химическим путем фосфор, находящийся в сточной воде, может быть выделен путем осаждения (выделения в частицы) или с помощью адсорбции. Имея отрицательные заряды, орто- и полифосфаты реагируют с положительными ионами и коагулируют с образованием аморфного осадка, который затем трансформируется в одну или несколько кристаллических форм. Кроме того, фосфаты хорошо адсорбируются на различного рода твердых поверхностях, например, на флокулах, что вызывает их выпадение в осадок. В присутствии солей металла (алюминия и железа) ортофосфаты и полифосфаты осаждаются благодаря различным химическим реакциям. В результате может быть получена эффективность удаления фосфатов из сточной воды, равная 80%. Однако применение физико-химического способа дефосфатизации требует расхода большого количества химических коагулянтов и нецелесообразно с технико-экономической точки зрения.

Наиболее предпочтительным с этой точки зрения является биологический способ дефосфатации. Сущность биологической дефосфатации состоит в том, что отдельные виды микроорганизмов активного ила в определенных условиях их культивирования поглощают фосфаты из жидкой фазы (сточной воды) и выводят их из очистных сооружений вместе с избыточной биомассой. Биологическая дефосфатация имеет большие преимущества перед физико-химической, т.к. не требует для ее осуществления каких-либо химических реактивов и поэтому является перспективным методом обработки фосфорсодержащих сточных вод. Однако технология этого вида очистки в промышленных масштабах до настоящего времени не отработана и применяемые в настоящее время способы биологической очистки сточных вод от фосфора недостаточно эффективны.

Цель и задачи исследований

Целью настоящей работы является создание технологических моделей комбинированных процессов биологического удаления соединений фосфора из коммунальных и промышленных сточных вод.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

• Определить характерные особенности процессов и технологические сложности удаления фосфорсодержащих соединений при комбинированном биологическом удалении органических загрязнений из коммунальных и промышленных сточных вод.

• Провести экспериментально-расчетные испытания действующих городских очистных сооружений по удалению фосфатов до установленных ПДК и выдать научно-обоснованные рекомендации по их совершенствованию.

• Идентифицировать микроорганизмы, культивирующие фосфорсодержащие субстраты в процессе биологического потребления микроорганизмов.

• Разработать технологические модели процессов удаления фосфорсодержащих соединений из сточных вод коммунального и промышленного происхождения.

• Провести расчетно-экспериментальные исследования процессов осаждения флоккулированных иловых масс.

Научная новизна

1. Установлено, что короткая цепь жирных кислот (ацетат) является не единственным видом субстрата, который может индуцировать успешный процесс усвоения фосфора механизм. Отдельно от ацетата может быть использована глюкоза, чтобы создать эффективные процессы удаления фосфора установки с анаэробик/аэробик циклическими реакционными системами.

2. Для снижения энергозатрат фосфорноудаляющей установки, использующей глюкозу как доминантный субстрат, по сравнению с ацетатной системой, необходимо разработать и примеиить специальные рабочие процедуры, продлевающие время анаэробной реакции, создающие более высокую концентрацию глюкозы на входе и обеспечивающие более короткое время аэробной реакции при ограниченном уровне концентрации растворенного кислорода.

3. Идентификация микроорганизмов выявляет аналогичные бактериальные композиции и в ацетатной, и в глюкозной системе, при этом Aeromonas hydrophilia была обнаружена как предоминантный вид в обеих системах. Вероятно также, что небольшая группа бактерий работает совместно, чтобы реализовать механизм дефосфататации, при этом бактерии Aeromonas hydrophilia является группой, которая играет наиболее важную роль.

4.Высокое качество и обширные данные по осадительным установкам были получены тщательным наблюдением за высотами поверхности раздела в ряде осадительных емкостей. Одной из них была пилотная установка (реактор), который является фактическим дублером полномасштабного процесса. Было проверено, что стендовые цилиндры должны медленно размешиваться, чтобы быть представительными для полномасштабных реакторов вне определенной концентрации (4300 мг/л для этого осадка). Экспериментальные точки, находящиеся ниже этой концентрации в неперемешиваемых цилиндрах, могут еще позволить надлежащее определение параметров осаждения, но с меньшей надежностью.

5. Три метода использовались, чтобы определить параметры осаждения и они дали подобные результаты. По сравнению с оценкой параметра, основанной на человеческом выборе, автоматизация измерения с помощью Excel имеет несколько преимуществ: более слабое воздействие человеческого фактора, однородность процедуры и уменьшение рабочей нагрузки. Однако, этот метод не является спасительным: человеческий вход все еще необходим, чтобы определять приемлемые начальные условия, которые позволяют находить соответствующее решение. Настройка всей кривой требует одновременной оптимизации увеличенного числа параметров по сравнению с ограниченной настройкой только линейной части кривой.

6.Используя полученные параметры осаждения модели потока фазу стесненного осаждения правильно моделируют, но моделирование отклоняется от экспериментальных данных в фазе сжатия. Обычный подход состоит в том, чтобы использовать небольшое количество слоев (8-30), которые обеспечивают числовое сглаживание. Вместо этого предложена функция коррекции, содержащая два логистических термина. Пригодность к нескольким группам кривых осаждения является превосходной, но дальнейшее изучение необходимо, чтобы проверить, что функция является общей ценной и имеет стабильные параметры, чтобы развивать метод измерения/калибровки.

Практическая ценность.

Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований анаэробных, аноксических и аэробных систем обработки фосфорсодержащих стоков 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 и обработки осадков очистных сооружений. 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 и характеристик очистных сооружений. и

Апробация работы.

На основании проведенных исследований разработано «Научно-методитечкое руководство по технологическому моделированию процесса биологического удаления фосфора из сточных вод». (Утв. Ученым советом ГОУ ВПОМАКХиС, 15.12.2010г.).

Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунка, 17 таблиц, 3 приложений. Библиография включает 114 наименований, их которых 56 на иностранных языках.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

К настоящему времени установлено, что введение в фосфорсодержащие сточные воды солей металлов (алюминия и железа) обеспечивает коагуляцию соединений фосфора - ортофосфатов и полифосфатов благодаря протеканию комплекса различных химических реакций. В результате может быть получена достаточно высокая степень удаления фосфатов, что благотворно сказывается на эффективность дальнейшего хода биологической очистки сточных вод. Однако применение физико-химического способа дефосфатизации требует расхода большого количества химических коагулянтов и в связи с этим практически нецелесообразно с технико-экономической точки зрения.

По данным проведенных исследований комбинированная биологическая дефосфатация сточных вод при применении анаэробной и аэробной зон обработки в аэротенке дает хорошие результаты, позволяет существенно снизить концентрацию фосфатов и достичь эффективности удаления фосфатов до уровня 85-90% [48, 55, 61, 67, 92].

Биологические методы дефосфатации состоят в том, что в процессе биохимического окисления в аэротенках фосфаты потребляются микроорганизмами активного ила в качестве питательного субстрата и включаются в неживую (инертную) часть активного ила. Избыточный активный ил после его удаления из системы очистки может быть использован в качестве органического удобрения. В том случае, когда активный ил содержит токсичные соединения и патогенные микроорганизмы его сбраживают в анаэробных условиях. При этом фосфаты выделяются в раствор, который легче очистить химическим путем, т.к. концентрация фосфатов в нем значительно выше, чем в исходной сточной воде. Кроме того, фосфор в этом случае представлен в основном в виде ортофосфатов, что играет немаловажную роль при использовании химических методов очистки. Оба указанных обстоятельства позволяют значительно снизить расход химических коагулянтов и повысить экономическую эффективность очистки загрязненных стоков.

Процесс комбинированной биологической очистки стоит в последовательной обработке сточной воды в анаэробных и аэробных процессах [3, 5, 22, 31, 35, 39, 47, 58, 82, 84, 88, 99, 102].

На начальном этапе перед аэробной стадией в процессе реализуется анаэробная стадия. В анаэробном реакторе часть ила отделялась от раствора, а из последнего фосфор извлекается химическим способом.

Как и для азота, количество фосфора в исходной сточной воде установлено в соотношении БПК5/Р = 100 и является предельно допустимым уровнем для бактериального роста микроорганизмов.

На основе проведенных экспериментальных исследований установлено следующее:

- требуемое количество фосфора для нормального роста биомассы соответствует отношению ХПК/Р = 100/0,15;

• в зоне отстаивания фосфора содержится от 1 до 1,6%, причем в этих условиях весь фосфор представлен в стоке в растворенной форме и его количество соответствует отношению ХПК/Р = 100/0,45;

- увеличение отношения ХПК/Р более 100/0,45 может увеличить потребление Р, но в этом случае не будет полностью поглощен фосфор.

До начала биологической очистки часть фосфора должна быть предварительно задержена и удалена из стока.

Первичный отстойник задерживает:

- часть фосфора, находящегося во взвешенном состоянии;

- часть ортофосфатов, осаждающихся присутствующим в сточной воде кальцием.

В общем, в первичном отстойнике может быть удалено 20-30% фосфора от его исходного количества (осадок первичного отстойника содержат фосфор в количестве около 1,4% от сухого вещества).

В аэротенке бактериальный рост вызывает ассимиляцию фосфора, как напрямую из растворенных форм, так и путем гидролиза фосфора, находящегося во взвешенных веществах. При классической схеме биологической очистки без анаэробных и аноксических зон фосфора удаляется 2-4 мг/л.

Величина усвоенного активным илом фосфора зависит от возраста активного ила. Подчеркнем также, что фосфор играет очень большую роль в формировании бактериями резерва (например, нуклеиновых кислот) и, что уровень ассимиляции фосфора не фиксирован, но увеличивается, когда концентрация фосфора в клеточной среде возрастает. Концентрация фосфора 1 -3% в активном иле при традиционной биологической очистке является обычной.

В целом, как показали исследования, процент удаления общего фосфора на станции с классическим методом аэробной биологической очистки, находится на уровне 80%, а, учитывая осаждение взвешенных частиц фосфора в первичном отстойнике, может несколько увеличиваться до 90%.

Принцип биологической дефосфатации заключается в переводе фосфора из жидкой фазы (сточной воды) в твердую фазу (активный ил), которая может быть удалена из очистных сооружений с избыточной биомассой ила.

В основу построения модели аккумуляции соединений фосфора микроорганизмами активного ила была положена гипотеза о механизме запасания полифосфатов микроорганизмами активного ила, предполагая при этом, что в аэробной секции аэротенка одновременно протекают процессы окисления органических загрязнений и биосинтеза микробной массы. При окислительных процессах биологически активная энергия запасается в виде полифосфатов, а в процессах биосинтеза расходуется. В нормальных условиях роста бактериальной культуры процессы выделения и потребления энергии строго сбалансированы так, что концентрация полифосфатов в клетке близка к нулю. Если бактериальная клетка периодически пребывает в анаэробных и аэробных условиях, то метаболитический баланс сдвигается в сторону процессов окисления. Таким образом, за время пребывания в аэробной зоне в клетке накапливается избыток полифосфатов, которые расходуются в анаэробной зоне на обеспечение процессов биосинтеза и образования внутри клетки запасных питательных веществ. Косвенным подтверждением такого механизма служит наблюдаемое в эксперименте увеличение в анаэробной зоне концентрации ортофосфатов, что свидетельствует об интенсивном распаде полифосфатов.

Установлено, что бактерии рода Асте1оЬаЫег и БрИегоШш пМат (Р-бактерии) обладают повышенной способностью к аккумулированию фосфатов.

Именно эти бактерии в большом количестве обнаружены в активном иле исследуемых сооружений.

В процессе проведения исследований были отмечены следующие физиологические особенности Р-бактерий:

- наиболее оптимальным субстратом для. этих бактерий являются низкомолекулярные органические кислоты типа ацетата, лактата и др.;

- Р-бактерии способны запасать углерод и фосфор в виде полифосфатов;

- полифосфаты присутствуют внутри Р-бактерий в виде гранул, при этом в аэробных условиях размеры гранул увеличиваются, а в анаэробных условиях уменьшаются.

Биологическая дефосфатация осуществляется переходом фосфора жидкой фазы (загрязненные воды) к биомассе, осуществляющей очистку, которая непрерывно обогащается фосфором. Тогда как содержание фосфора в традиционном активном иле находится на уровне 2%, дефосфатирующая биомасса может содержать до 8-10% фосфора.

Как показали эксперименты, дефосфатация начинает осуществляться только после истечения некоторого времени. Причины обследованных скрытых периодов между началом испытаний и высаливанием фосфора могут быть различными. Основная из них состоит в том, что сверх- аккумуляция фосфора обуславливается деятельностью специфических бактерий, популяции которых представлены в активном иле, но находятся в меньшинстве.

Обновление бактериальной популяции реализовалась в ходе эксперимента при помощи экстракции массы, которая снижала концентрацию активных илов с 5 г/л до 3 г/л. Повышенное удаление фосфора биологическим путем" осуществляется уравновешиванием между высаливанием и повторным поглощением. Высаливание может осуществляться только при условии наличия легко усваемого углерода и при благоприятных условиях желаемых ферментных реакций. Для достижения этого эффекта используются два важнейших параметра - изменение времени пребывания в анаэробной зоне и изменение редокс-потенциала. Оптимальный выбор этих параметров производится путем анализа разности концентраций фосфатов между анаэробным бассейном и аэробным бассейном в зависимости от редокс-потенциала и времени пребывания в анаэробной зоне. Учет разности концентраций фосфатов между анаэробным и аэробным бассейнами позволяет осуществить оптимальное управление системой очистки.

Как видно из литературных данных среднее время пребывания в анаэробной зоне должно составлять более 8 часов.

Таким образом, при проведении дефосфатации необходимо отслеживать три основных параметра: величину концентрации активного ила в установках (молодой ил);

- наличие достаточного времени пребывания сточной воды в анаэробной зоне (не менее 8 часов);

- поддержание редокс-потенциала ниже -50 мВ в анаэробном бассейне.

Проведенные исследования подтвердили, что 20 дней достаточно для условий образования дефосфатирующих илов.

Постоянное перемешивание аэробных зон в установке позволило поддерживать очень низкие значения концентраций нитратов (среднее значение - 0,8 мг/л), что помешало переходу смеси сточной воды и активного ила в анаэробный бассейн, таким образом, ингибируя явление высаливания. Постоянное перемешивание аэрационных бассейнов и последовательное оптимальное включение в функционирование аэраторов позволили поддержать оптимальные условия денитрификации. Указанные технологические режимы являются оптимальными для реабсорбции фосфора в бассейне следующим сразу же за анаэробной зоной.

Оценка изменения концентраций фосфатов и окислительно-восстановительного потенциала в аэрационном бассейне в ходе различных циклов аэрации показывает, что увеличение содержания фосфатов происходит одновременно со снижением окислительно-восстановительного потенциала: появление анаэробных условий напрямую ведет к высаливанию фосфатов. Это свидетельствует о том, что при биологическом удалении фосфора следует учитывать вклад, оказываемый периодом аэрации.

Эти результаты могли быть получены только благодаря обеспечению времени пребывания в анаэробной зоне, достаточной для определенных концентраций активного ила, поддерживаемых благодаря применяемым анаэробным условиям и ограничению возвратов нитратов в анаэробную зону.

Чтобы лучше обозначить пределы возможности биологического удаления фосфора, необходимо вернуться к основам указанного выше механизма и установить параметры, которые будут играть главную роль в процессе аккумуляции полифосфатов. Основным параметром, среди влияющих на этот процесс, является содержание органического углерода в обрабатываемой воде и наличие или отсутствие нитратов.

Органический углерод, присутствующий в сточных водах, подаваемых на очистку, в анаэробных условиях преобразуется ферментативными процессами в соединения простых органических углеродов, такие как ацетат, которые обуславливают высаливание (осаждение белков концентрированными растворами солей) и также повышение аккумуляции фосфора. Производство этих составляющих связано с той же природой углеродного субстрата стоков, подаваемого на очистку. Склонность к расширению этого процесса пропорциональна количеству легко биоразлагаемого субстрата, который находится в растворенной фракции загрязненных сточных вод, подаваемых на очистку.

В том случае, когда в сточных водах, подаваемых на очистку, углеродное загрязнение незначительно, время пребывания в анаэробной зоне должно быть увеличено, чтобы позволить осуществиться гидролизу сложных форм углеродного загрязнения в простые углеродные соединения, необходимые для инициации более интенсивных процессов аккумулирования.

Нитраты, каким бы ни было их происхождение, в анаэробной зоне вызывают срывы процессов аккумулирования фосфора, вызванные как бы присутствием растворенного кислорода. Бактерии, разлагающие ацетон, используют нитраты как акцептор электронов, ингибируя ферментацию и производя ацетат. Кроме того, в этих условиях углерод легко усваивается и не является больше свободным для расширения других процессов, в частности процессов аккумулирования фосфора в клетках микроорганизмов.

На основе проведенных исследований установлено, что биологическая дефосфатация позволяет удалить от 3,4 до 4,5 мг фосфора на 100 мг израсходованного БПК5 в зависимости от характеристик обрабатываемой воды. При этом, нижний предел (3,4 мг) относится к малонагруженным сточным водам, обеспечивающим удаление фосфора только в пределах 50%-60%. Поэтому, чтобы достичь заданные нормы очистки от фосфора, необходимо предусматривать комбинированное решение, когда часть биологически неудаленного фосфора будет осаждена при помощи добавки химических реактивов.

Величины концентраций фосфора, которые возможно удалить на основе биологической аккумуляции, в зависимости от отношения содержания фосфора к БПК5 сточной воды, и величины концентраций фосфора, которые должны быть удалены осаждением химическими коагулянтами, когда требуется достичь уровня заданных показателей очистки.

Таким образом, важнейшим фактором биологической дефосфатации сточных вод является включение в схему аэробной биологической очистки аноксической фазы, которая обеспечивает функционирование биологической системы при недостатке растворенного кислорода (основным источником кислорода становятся нитраты) [33, 41, 57, 63, 66, 68, 71, 90, 107].

При идентификации основных родов бактерий в условиях использования сложных схем очистки сточных вод при культивировании биоценоза активного ила в аэробно-анаэробных условиях, роль концентрации растворенного кислорода является одним из определяющих факторов. При этом бактерии рода БрИавгоШт псйат являются основными виновниками нитчатого вспухания, бактерии рода АПкгоЬа^ег рассматриваются как наиболее представительные бактерии микрофлоры, спонтанно акклиматизирующейся в сточных водах.

В среде с дополнительным насыщением кислорода АПкгоЪасгег имеет величины степени роста выше ЗркаегоШпБ, тогда как в среде бедной кислородом, имеет место обратный эффект. В основном, простые и растворенные органические соединения, упрощают процесс метаболизма, благоприятствуют росту нитчатых микроорганизмов, тогда как сложные соединения, которые сначала должны быть гидролизованы, благоприятствуют росту ненитчатых форм бактерий.

В большинстве случаев на практике удаление азотных загрязнений требуется совместно с удалением фосфорных загрязнений. В этих случаях важным фактором является степень уменьшения содержания нитратов, увлекаемых в рециркуляцию активного ила, т.к. влияет на высаливание фосфатов в~ анаэробном бассейне. Внедрение раздельного перемешивания и аэрации является лучшим средством для минимизации содержания нитратов и, следовательно, увеличения степени денитрификации.

Важное значение имеет управление обработкой активного ила и возвратом его в голову очистных сооружений. Накопления фосфора в микроорганизмах активного ила при биологической очистке сточных вод является по природе реакцией обратимой. Это значит, что все проходы активного ила в анаэробных условиях будут сопровождаться высаливанием фосфатов. Следствием является кольцо возврата фосфорных загрязнений в голову очистных сооружений, что сокращает до нуля выгоду сверхаккумуляции. Выбор технологии управления системой очистки должен учитывать это противоречие.

Таким образом, анализ проведенных работ с очевидностью продемонстрировал важность контроля четырех параметров для достижения в эксплуатации необходимой биологической дефосфатации, обеспечивающей, по меньшей мере, удаление из сточной воды 70% фосфора: концентрации активного ила, времени пребывания смеси сточной воды и активного ила в анаэробной зоне, редокс-потенциала в анаэробной зоне, наличия возврата нитратов в анаэробную зону [1, 6, 10, 12, 17, 18, 21, 30, 54, 69, 73, 83, 98, 100, 106].

На основании полученных результатов может быть рекомендована для практического использования и внедрения в промышленных условиях технологическая схема очистных сооружений, включающая несколько последовательно работающих бассейнов: зона контакта (смешения), анаэробная зона, 1-я аноксическая зона, 1-я зона аэрации, 2-я аноксическая зона, 2-я зона аэрации. При этом аэрационные бассейны необходимо оборудовать устройством разъединения процессов перемешивания и аэрации (снабжение воздухом обеспечивается диффузорами в каучуковой оболочке с микроперфорацией, обеспечивающей образование микропузырей без риска забивания даже при последовательном функционировании; перемешивание осуществляется при помощи винта с малой скоростью по вертикальной оси вращения, чтобы вводить совершенный гомогенизированный активный ил в различные бассейны).

Оптимизация управления установками этого типа должна осуществляется полностью автоматически с помощью системы, способной управлять реакциями нитрификации-денитрификации, содержанием активного ила в бассейнах, биологической дефосфатацией и ее дополнением химическим коагулированием.

Оптимизация функционирования системы очистки состоит в следующем.

Анаэробная зона.

Эффективная дефосфатация зависит от доли углеродных загрязнений, достаточной, чтобы обеспечить необходимые анаэробные условия и максимально благоприятствовать явлению снижения растворимости фосфора в анаэробной зоне [81, 85, 94, 101].

Концентрация растворенного ХПК потока существенно влияет на кинетику высаливания (снижения растворимости фосфора). Кинетика высаливания, выраженная в относительных величинах (мг фосфатов на 1г взвешенных веществ), при нормальной дефосфатации находится в пределах 460 единиц. Эти значения относятся к растворенному ХПК потока со значениями более 400 мг/л (и к значениям общего ХПК выше 800 мг/л).

Выявлена значительная аккумуляция углеродного загрязнения активным илом в течение анаэробной фазы, когда имеет место явление высаливания фосфоров. Активный ил принимает примерно 85% общего ХПК и около 100% растворенного ХПК, содержащегося в стоке.

Существует устойчивая корреляция между этими двумя явлениями: на 1 г высоленных фосфатов приходится примерно 4-5 г растворенного ХПК, потребленного активным илом.

Выполненные лабораторные исследования на смеси активного ила и сточной воды позволили установить, что после 8-ми часов обработки имеет место 90% общего эффекта как по потреблению ХПК, так и по высаливанию фосфора.

Доказано, что количество усвоенного фосфора находится в прямой зависимостью от количества фосфора, выпавшего в осадок, и что сверхпотребление фосфора тогда значительно, когда имеет место высаливание.

Выявлена корреляционная зависимость между высаливанием фосфора и его общим усвоенным количеством. Одновременно с высоким высаливанием фосфора существуют хорошие условия анаэробиоза, благоприятные для аммонификации азота.

Доказано, что включение в технологическую схему 2-ой анаэробной зоны позволяет интенсифицировать одновременно явления высаливания фосфора и аммонификацию азота (поток фосфатов на выходе анаэробной зоны был повышен на 75%).

Удвоение времени обработки позволяет в короткие сроки значительно улучшить дефосфатацию на экспериментальной установке.

В процессе испытаний установлено, что большой расход рециркуляции активного ила способствует разбавлению поступающих углеродных загрязнений и сокращает время контакта в анаэробной зоне. Оптимальный расход рециркуляции находится около 100% входного расхода и должен оставаться ниже 200%, чтобы не повредить высаливанию в анаэробной зоне.

Аэробная зона.

Большое значение для процессов дефосфатации имеет возраст ила. Действительно, чем ил моложе, тем его метаболизм усвоения углерода и окисления быстрее. Этот тип ила благоприятен явлению анаэробиоза, он способствует лучшему усвоению фосфора в илах." ~ ~

Для установления оптимальных условий дефосфатации, надо выбрать возраст ила такой, который позволит осуществить нитрификацию.

Процесс «нитрификация - денитрификация» является необходимым предварительным условием для биологической дефосфатации. Незаконченная (несовершенная) денитрификация приводит к рециркуляции нитратов в анаэробную зону с возвратным илом.

Нитриты оказывают ингибирующее действие на явление высаливания фосфора и, таким образом, абсолютно необходимо в совершенстве провести денитрификацию при биологической дефосфатации.

Этот вопрос не стоит, когда аноксическая зона позволяет осуществить удаление нитратных форм.

Необходимо учитывать также, что подача кислорода в аэрационный бассейн не должна лимитироваться, чтобы повторное поглощение фосфатов, высалившихся в анаэробной зоне, происходило правильно.

Экспериментальная зависимость количества усвоенных фосфатов от количества поданного кислорода показывает, что повышение концентрации кислорода приводит к улучшению дефосфатации.

Циркуляция ила.

В процессе работы было установлено, что для исключения высаливания фосфатов в очищенную воду необходимо ограничить время пребывания ила во вторичных отстойниках и как можно быстрее ввести их в рециркуляцию. Однако, при этом надо иметь в виду, что чрезмерно большая рециркуляция сокращает, время пребывания в анаэробной зоне и препятствует ее нормальному функционированию.

Необходимо также соблюдать некоторые требования к обработке ила, чтобы избежать рециркуляции фосфора:

- уплотнение избыточных илов должно осуществляться в аэробной среде (флотатор);

- промежуточное отстаивание (хранение) ила, которое может привести к анаэробным условиям, должно быть исключено.

Результаты экспериментальных исследований по очистке сточных вод от фосфоросодержащих загрязнений показывают возможность достижения высоких показателей при реализации оптимальных технологических режимов работы системы очистки (эффективность дефосфатации находилась в пределах 80-98%).

Исследования показали, что высокие показатели биологической дефосфатации могут быть достигнуты при выполнении следующих условий:

• реализации строго анаэробных условий для высаливания фосфора;

• обеспечение достаточно интенсивной аэрации в аэрируемой зоне для хорошей абсорбции фосфора;

• реализации процессов нитрификации-денитрификации;

• осуществление обработки активного ила, исключающей возврат фосфора в сточную воду; отстаивание водно-иловой смеси с малыми гидравлическими нагрузками и быстрым отбором активного ила из вторичных отстойников.

Исследование осаждения сопутствующего фосфору показало, что минимальная степень удаления фосфора может достигать 90%, когда аммоний временно накапливается в реакторе. Биологический реактор, который обуславливает изменения рН и концентрацию аммония от времени, вызывает изменения интенсивности осаждения. Этот адаптированный процесс представляет интересное совместное решение для азота и фосфора, минимизируя энергетические затраты для обработки и предлагая альтернативу оценки и утилизации фосфора.

Основными источниками фосфора в хозяйственных сточных водах являются продукты стирки и их производные, т.к. они содержат половину сбрасываемых фосфатов [13, 14, 19, 32, 43, 56, 86, 95, 108].

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)", Кореньков, Александр Дмитриевич

6. ВЫВОДЫ.

1. Разработаны технологические модели комбинированного процесса биологического удаления соединений фосфора из коммунальных и промышленных сточных вод

2. Определены оптимальные технологические режимы культивирования фосфорпоглощающего биоценоза активного ила, которые в условиях увеличения продолжительности аэробного процесса обработки на начальном этапе биологической очистки, организации чередования анаэробной и аэробной зон обработки с выводом части активного ила, насыщенного фосфатами, перед последующем этапом анаэробной обработки и подачи дополнительного питания на заключительном этапе анаэробной обработки обеспечили повышенную интенсивность процесса удаления загрязнений сточных вод от фосфора.

3. Идентифицированы доминирующие виды фосфорполглощающих бактерий, основными из которых являются АстеШЪаМег и БркегоШш пШат

4. Определены основные виды фосфорсодержащих соединений (Р-ортофосфата, Р-струвита, Р-гидрооксиапатита), их содержание в сточных водах и динамика изменения их процентного содержания в зависимости от величины рН.

5. Максимальное высаливание фосфатов в анаэробной зоне, требует проведение следующих мероприятий:

- измерения рН в анаэробной зоне, для реализации эффективного высаливания, совместимого с дефосфатацией.

- обеспечения достаточного контакта дефосфатирующих бактерий с субстратом при помощи медленного перемешивания в течение анаэробной фазы.

- рециркуляции в анаэробный бассейн определенного количества активного ила, равного и более поступающего расхода сточных вод (г > 100%), что позволяет ограничить действие кислорода, содержавшегося в сточной воде, и стабилизирровать редокс- потенциал на низких значениях.

6. Максимальное поглощение ортофосфатов в аэробном бассейне требует проведение следующих мероприятий:

- аэраторы должны обеспечить концентрацию растворенного кислорода порядка 1-2 мг/л в течение периода аэрации.

- возраст активного ила должен поддерживаться на уровне 10-20 суток.

- исключить высаливание фосфатов при выводе гомогенного отстоявшегося активного ила, и иметь достаточный уровень рециркуляции.

7. Разработана математическая зависимость сверхаккумуляции фосфора от величин поглощения летучих жирных кислот и возрастов активного ила.

8. Полученные параметры потока корректно моделируют фазы стесненного осаждения и уплотнения флоккулирующих взвешенных веществ.

9. Полученные результаты позволяют контролировать термодинамические и химические равновесные реакций, позволяющие прогнозировать осаждение в сложной биологической среде, чтобы рекуперировать фосфаты с активным илом или, напротив, избежать их сопутствующее осаждение.

183

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Кореньков, Александр Дмитриевич, Щёлково

1. Айсаев A.A., Алексеев М.И., Андреев С.И. и др. Отведение и очистка сточных вод Санкт- Петербурга-СПб.: Стройиздат, 1999.

2. Алексеев М.И., Медведев И.Г. Содержание азота и фосфора в осветленных сточных и возвратных иловых водах. «Водоснабжение и санитарная техника». 1998г. №6. с. 18-19.

3. Алексеев М.И., Мишуков Б.Г. Удаление азота и фосфора из сточных вод Санкт-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника, 1998, № 10, с. 11-12.

4. Амбросова Г.Т., Гвоздев В.А., О.М. Меркель, Бойко Т.А. Существующие методы контроля работы очистных сооружений канализации Известия Вузов. Строительство. 2003, 2-е 86-90.

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

6. Васильев Б.В., Гребенская Т.М., Мишуков Б.Г., Иваненко И.И. Реализация технологии удаления азота и фосфора на очистных сооружениях Санкт-Петербурга // Водоснабжение и сан.техника. 2004. - №5. - С. 9-11.

7. Васильев Б.В., Мишуков Б.Г., Иваненко И.И., Соловьева Е.А., Технология биологического удаления азота и фосфора на станциях аэрации// -Водоснабжение и санитарная техника, 2001, №5.

8. Васильев В.Б., Вавилин В.А. Модель биологической очистки сложного органического вещества активным илом // Водные ресурсы, 1988, № 5. 8388.

9. Гандурина Л.В., Буцева Л.В., Штондина B.C. и др. Реагентный способ удаления соединений фосфора из сточных вод II Водоснабжение и санитарная техника. 2001 №6. с. 18-20.

10. Ю.Грачев В.А., Дорофеев А.Г., Асеева В.Г., Николаев Ю.В., Козлов М.Н. Дыхательная активность илов, используемых в биологической очистке сточных вод: Сб. статей и публикаций / МГУП Мосводоканал. М., 2008. -с. 190-200.

11. П.Данилович Д. А„ Дайнеко Ф. А., Мухин В. А., Николаева Е. Б., Эпов А.Н. Удаление биогенных элементов. // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. №9. 10-13.

12. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес О.В., Шотина К.В., Ершов Б.А. Крупномасштабные сооружения биологической очистки сточных вод с удалением биогенных элементов // Водоснабжение и сан.техника. 2008. -№10.-С. 45-51.

13. З.Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес О.В., Шотина К.В., Ершов Б.А. Результаты работы крупномасштабных сооружений биологической очистки от соединений азота и фосфора: Сб. статей и публикаций / МГУП Мосводоканал. М., 2008. - с. 101-119.

14. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Николаев Ю.А., Грачев В.А., Акментина A.B. Удаление азота и фосфора из сточной воды в реакторе периодического действия с восходящим потоком сточной воды: Сб. статей и публикаций / МГУП Мосводоканал. М., 2008. - с. 201-213.

15. Дедков Ю.М, М. А. Коничев, Кельина СЮ. Методы доочистки сточных вод от фосфатов. Водоснабжение и санитарная техника.2003,№11.-С.25-32.

16. Денисов A.A. Аэробная биологическая очистка сточных вод // Вестник сельскохозяйственной науки. 1988. -№ 8. - С. 123-127.

17. Денисов A.A. Гидравлическая эффективность аэротенков // Мясная индустрия. 1988. - № 3. - С. 26-27.

18. Денисов A.A. Повышение эффективности и надежности биологической очистки сточных вод. -М., ВНИИТЭИАгропром, 1989.

19. Дзиминскас Ч.А., Шмелев М.С., Горбачев Е.А. Опыт эксплуатации и реконструкции очистных сооружений канализации в Нижнем Новгороде // Водоснабжение и сан.техника. 2008. -№7. - С. 39-44.

20. Долматов Ю.Д. Сорбция из водных растворов ионов фосфора. Химия и технология воды. 1994, т. 6, №3. 212-221.

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

22. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.:Акварос, 2003.

23. Жмур Н.С. Интенсификация процессов удаления соединений азота и фосфора из сточных вод. M.: АКВАРОС.2001.-94с.

24. Жмур Н.С. Управление процессом и контроль результатат очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. -М.: Луч, 1997.-172с.

25. Загорский В.А., Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес О.В., Дайнеко Ф.А. Анализ промышленного применения технологий удаления фосфора из городских сточных вод // Водоснабжение и сан.техника. 2004. - №5. - С. 5-8.

26. Залетов H.A., Лукиных H.A. Технология удаления биогенных веществ в установках биологической очистки малой производительности. Материалы Экватек 2002. М.: с.508.

27. Иванов Г. Г., Эль Ю. Ф., Телеснин М. Р. Оценка эффективности работы крупноразмерных вторичных отстойников // Водоснабжение и санитарная техника. 1992. № 3. 5-6.

28. Исаева A.M., Николаева С.Н., Малютина Т.В., Хазов С.Н. Биологическая очистка сточных вод. Аэротенки. Пенза, 2007. - С. 133.

29. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Контроль качества воды. -М.: Стройиздат, 1977.

30. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология. .-М.: Стройиздат, 1995.-209с.

31. Колесников В.П., Вильсон Е.В. Современное развитие технологических процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях: Под ред. Академика ЖКХ РФ В.К. Гордеева-Гаврикова. Ростов-на-Дону: Юг, 2005 -212 с.

32. Куликов Н.И. и др. Теоретические основы очистки воды. ДГАСА, 1999, с.40-50.

33. Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации.-М.: Стройиздат, 1977.

34. Мешенгиссер Ю.М., Щетинин А.И., Галич P.A., Михайлов В.К. Удаление азота и фосфора при ступенчатой денитрификации и пневматическом перемешивании // Водоснабжение и сан.техника. 2005. - №7. - с. 42-47.

35. Мишуков Б.Г., Соловьева Е.А. Попов М.П. Технологии и схемы биологического удаления азота и фосфора из городских сточных вод // Вода: Технология и экология. 2007. - №1. - с. 15-20.

36. Мойжес О.В., Шотина К.В. Изучение возможности стабилизации качества очистки сточных вод от азота и фосфора в условиях стохастических колебаний исходной нагрузки: Сб. статей и публикаций / МГУП Мосводоканал. М., 2008. - с. 142-153.

37. Мойжес О.В., Шотина К.В. Применение динамического моделирования для стабилизации качества очистки сточных вод при ликвидации экстремальных ситуаций: Сб. статей и публикаций / МГУП Мосводоканал. -М., 2008.-с. 370-378.

38. Мочалов И.П., Лебедева Л.К., Бубенцов В.Н. Применение реагентов в схемах глубокой очистки бытовых и городских сточных вод в Сибири //Водоснабжение и сан.техника. -2004. №10. - С. 20-24.

39. Нейман Е.Я. Организация экоаналитического контроля в Российской Федерации//Экологическая химия.-1993-№ 1 -С.59-67.

40. Николаев А.Н., Большаков Н.Ю., Фетюлина И.А. Исследование влияния возраста активного ила на эффективность биологической дефосфотации в системе аэротенк — вторичный отстойник. Вода и экология: проблемы и решения.— № 2/2002.

41. Определитель бактерий Берджи в 2-х т.-М.:Мир,1997

42. Проектирование сооружений для очистки сточных вод (справочное пособие к СНиП) / ВНИИ ВОДГЕО. М.: Стройиздат, 1990. - 192 с.

43. Разумовский Э.С Современные технологии очистки сточных дод. Жилищное и коммунальное хозяйство. 1994. 3. с. 30-33.

44. Рекомендации по проведению оперативного гидробиологического контроля "на сооружениях- " биологической очистки" ~с" аэротенками.-М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР , 1997.

45. Савельева Л.С., Эпов А.Н. Удаление фосфора из сточных вод традиционными физико-химическими и современными биологическимиметодами // Научные аспекты охраны окружающей среды. Обзорная информация. Выпуск 4. -М., 1996

46. СанПин 4630-88 Охрана поверхностных вод от загрязнения сточными водами. -М.: Минздрав СССРД988.

47. Свердликов А,И„ Щербина Г.П. и др. Исследование процессов нитрификации-денитрификации и удаления фосфора в реакторах с псевдоожиженным активным илом. / Сборник докладов Международного конгресса «ЭТЭВК-2005», Ялта, 24-27 мая, с. 315-322.

48. Серпокрыиов Н.С., Вильсон Е.В., Куделич В.А., Черникова Л.Ю. Дефосфотизация биологически очищенных сточных вод. Известия вузов. Строительство. 2001, 4. с. 93-99.

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

50. Справочник по современным технологиям очистки природных и сточных вод и оборудованию. Под редакцией В.Ф.Карпухина. Министерство природных ресурсов Российской федерации. М.: 2001г., 255с.

51. Стрелков А.К., Степанов СВ., Степанов А.С Опыт эксплуатации модельных установок биологической очистки // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование, Наука. Практика. Часть 2. Самара. 2004. с. 146147.

52. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод. Пер. с англ. Мосоловой Т.П. / Под ред. Калюжного С В . M : Мир, 2004. 480с.

53. Цветкова Л.И., Алексеев М.И и др. Экология: Учеб. для технических вузов / СПб.: Химиздат, 2001.-552 с.

54. Чернышев В.Н., Чернышев В.Н., Куликов Н.И., Ракульцев A.A. Очистка сточных вод от фосфора (в порядке обсуждения) Водоснабжение и санитарная техника. 2001, 1. с. 18-20.

55. Шлегель Г. Общая микробиология., М., 1987г.

56. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ учебник для вузов: -М.: АСВ, 2002-704с.

57. Advanced Wastewater Treatment to Achieve Low Concentration of Phosphorus. EPA Region 10. 2007. EPA 910-R-07-002.

58. Arvin, E., Phosphatfallung durch biologische phosphorentfernung. WasserAbwasser, 1985, 126 pp.

59. Balamane O., Gaid A. Elimination du phosphore par combineson dun traitement physico-chimique et biologique. Techniques Sciences Methodes. 1993, v. 88, N 7-8, p. 361-365.

60. Barnard, J. 2006. Biological Nutrient Removal: Where We Have Been, Where We Are Going. In Proceedings of the Water Environment Federation's 79th Annual Technical and Educational Conference, Dallas, TX, October 21-25, 2006.

61. Brattebo H., Odegar H. Phosphorus removal by granular activated alumina // Water Res. 1996. №8. p. 977-986.

62. Brdjanovic, D., Loosdrecht M.C.M., Versteeg P.,. Hooijmans C.M, Alaerts G.J., Heijnen J.J. Modeling COD, N and P Removal in a Full □ scale WWTP Haarlem Waarderpolder. Water Research. 2000. 34(3): 846-858.

63. Buchan L. The location and nature of accumulated phosphorus in activated sludge. Buchan Water Science and Technology. -1982, 14, 9-11.- p. 1497-1500.

64. Cauchi A., Delhuvenne P., Bousseli J.F., Elmerich P. Optimization de la dephosphtation mixte. Station depuration de Blois. Techniques Sciences Methodes. 1996, v. 91, N 5, p. 335-339.

65. Chanono, J., J., Ribes, A. S., Ferrer J. Optimum Design and Operation of Primary Sludge Fermentation Schemes for Volatile Fatty Acids Production. Water Research. 2006. 40(1): 53 60.

66. Chen, W., Steen F.M., Green P.G. Key Influential Factors for Sludge Pre-fermentation Process Design. Environmental Technology. 2004. 25(4):381 390.

67. Choi H.-J., Choi C.-H., Lee S.-M. Influence of wastewater composition on denitrification and biological P-removal in the S-DN-P-process: Effects of different substrates (a) // Water Science and Technology. 2007. - V. 56, No. 8. -P. 79-84.

68. Cloete T.E., Bosch M. Acinetobacter cell biomass, growth stage and phosphorus uptake from activated-sludge mixed liquor Water Science and Technology. 1994. v. 30, n. 11. p. 219-230.

69. Comeu Y., Hall K., Hancock J., Oldman W.K. Biochemical model for enhanced biological phosphorus removal. Water Research. 1986. v.20, n. 12, p 1511-1522.

70. Gerard J. J., Kortstee, K. J. Appeldoom H. Biology of polyphosphate — accumulating bacteria involved in enhanced biologital phosphorus removal/ Microbiology Reviews. / 1994. 15, 137-153.

71. Gernaey, K.V., VanLoosdracht M.C.M., Henze M., Lind M., Jorgensen S.B. Activated Sludge Wastewater Treatment Plant Modeling and Simulation: State of the Art. Environmental Modeling and Software. 2004. 19: 763-783.

72. Gujer, W. , Henze M., Mino T., Loostrecht M.C. Activated Sludge Model. Water Science and Technology. 1999. 39(1): 183-193.

73. Hu, Z., Wentzel M.C., Ekama G.A. A General Kinetic Model for Biological Nutrient Removal Activated Sludge Systems Model Development. Biotech. Bioeng. 2007. 98(6) 1242-1258.

74. Hulsbeek, J. J.W., Kruit J., Roeleveld P.J., Loosdrecht M.C.M. . A Practical Protocol for Dynamic Modelling of Activated Sludge Systems. Water Science and Technology. 2002. 45(6)127-136.

75. Janssen P.M.J., Meinema K., Roest H.F. Biological phosphorus removal, Manual for design and operation. IWA Publishing, STOWA report. 2002.

76. Jenkins D., Wanner J. Activated sludge separation problems. Theory, Control Measures, Practical Experance /Scientific and Technical report №16, Edited by Valter Tandoi, IWA Publishing, London Seattle, 2006.

77. Kissel, J.C., McCarty P.L., Street R.L. Numerical Simulations of MixedDCulture Biofilims. Journal of Environmental Engineering. 1984. 110: 393-411.

78. Knocke, W.R., J.W. Nash, and C.W. Randall. 1992. Conditioning and Dewatering of Anaerobically Digested BPR Sludge. Journal of Environmental Engineering. 118(5): 642-656.

79. Kohei U., Hirotaka T. Process development for removal and recovery of phosphorus from waste water // Ind. and End. Chem. Res, 1992, v.31. pp. 15101515.

80. Kuba T., van Loosdrecht M. C. M., Murnleitner E., Heijnen J.J. Kineticsand stoichiometry in the biological phosphorus removal process with short. 1997, WaterRes.,31,918-928.

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

82. Liu, W. T., Mino, T., Matsuo, T., Nakamura, K., Biological phosphorus removal processes- effect of pH on anaerobic substrate metabolism, Wat. Sci. Tech. 1996, 34(1-2) 25-32.

83. Martín Martín M.A., López Enríquez L., Fernández-Polanco M., Villaverde S., García-Encina P.A. Nutrients removal in hybrid fluidised bed bioreactors operated with aeration cycles // Water Science & Technology. 2007. - V. 55, No. 8-9.-P. 51-58.

84. Maurer, M., Boiler, M., Modelling of phosphorus precipitation in wastewater treatment plants with enhanced biological phosphorus removal, 4th Kollekolle Seminar on Activated Sludge Modelling, Denmark, 1998, 16-18 march.

85. Metcalf, Eddy, 2004. Wastewater Engineerng. Treatment and Reuse, 4-th edition. McGraw-Hill Professional, Boston, Masschelein, 2003.

86. Mino T., Satoh H, Matsuo T. Metabolisms of different bacterialpopulations in enhanced biological phosphate removal processes. Water Sci., Technol. 1994, 29, (7), 67-70.

87. Nesbitt F.B.// Removal of phosphorus from Municipal Sewage plant Effenents, Engineering Research Bulletin. B-93, The Pennsylvania State Universine, 1996.

88. Panswad T., Doungchai A., Anotai J. Temperature Effect on Microbial Community of Enhanced Biological Phosphorus Removal System. Water Research. 2003. 37(2):409-415.

89. Pattarkine, V.M. Randall C.W. The Requirement of Metal Cations for Enhanced Biological Phosphorus Removal by Activated Sludge. Water Science and Technology. 1999.40(2): 159-165.

90. Petersen, B., Gernaey K., Henze M., Vanrolleghem P.A. Evaluation of an ASM1 Model Calibration Procedure on a Municipal-Industrial Wastewater Treatment Plant. Journal of Hydroinformatics. 2002. 4(1): 15-38.

91. Pitman A.R., Lotter L.H., W.V., Deacon S.L. AlexandeFermentation of raw sludge and elutriation of resultant fatty acids to promote excess biological phosphorus removal. Water Science and Technology. 1992. 25. 45 p. 185-194.

92. Punrattanasin, W. Randall C. Factors Affecting the Production and Storage of Polyhydroxyalkanoates in Activated Sludge Biomass. Proceedings, 1st World Congress of the International Water Association. 2000. July 3-7. Paris, France.

93. Randall, A., Chen Y. The Kinetics of Anaerobic and Aerobic Carbon and Phosphorus Transformation for a Septic Wastewater with Varying Propionate:Acetate Ratios. In WEFTEC 2008

94. Randall, C. W., Chapin R. W. Acetic Acid Inhibition of Biological Phosphorus Removal. Water Environment Research. 1997. 69(5):955-960.

95. Rantanen P. Biological phosphorus removal study at Suomenoja research station, Research. Alexandria,. 1994. 73(2): 223-232.

96. Shaw, A., Phillips H.M., Sabherwal B., deBarbadillo C. Succeeding at Simulation. Water Environment & Technology. 2007. 19(4): 54-58.

97. Smith, S., A. Szabo, I. Takacs, S. Murthy, I. Licsko, and G. Daigger. The Significance of Chemical Phosphorus Removal Theory for Engineering Practice. In Nutrient Removal 2007.

98. Szabo, A., I. Takacs, S. Murthy, G.T. Daigger, I. Licsko, and S. Smith. 2008. Significance of Design and Operational Variables in Chemical Phosphorus Removal. Water Environment Research. 80(5):407-416.

99. Thomas M. P. The secret to achieving reliable biological phosphorus removal // Water Science and Technology. -2008. V. 58, No. 6.-P. 1231-1236.

100. WEF (Water Environment Federation). Upgrading and Retrofitting Water and Wastewater Treatment Plants. WEF Manual of Practice No. 28. WEFPress, Alexandria, VA. 2004.

101. Whang, L.M. and J.K. Park. Competition Between Polyphosphate and Glycogen Accumulating Organisms in Enhanced Biological Phosphorus Removal Systems: Effect of Temperature and Sludge Age. Water Environment Research. 2006. 78(1): 4-11.

102. Whang, L.M., Park J.K. Model Based Evaluation of Competition Between Polyphosphate and Glycogen-Accumulating Organisms. Water Research. 41(6): 1312-1324.

103. Wolf P. Stickstoffoxidation und Naehrstoffelimination der technischen iwasserreinigungsanlagen Gnmdsaetzliches und Betriebserfahnmgen/ Wasserwirtschaft. -1987, v. 77, n. 3. p. 115-119.

104. Xu, S. Hasselblad S. A Simple Biological Method to Estimate the Readily Biodegradable Organic Matter in Wastewater. Water Research. 1996. 30(4): 1023.

105. Yuan, Q., R., Oleszkiewicz J. Effect of Different Carbon Sources on Biological Phosphorus Removal and Polyhydroxyalkanoate Production. In WEFTEC Proceedings 2008.

106. Zeng, R.J., Lemaire, R., Yuan, Z. and Keller, J. Simultaneous Nitrification, Denitrification, and Phosphorus Removal in a Lab □ Scale Sequencing Batch Reactor. Biotechnology and Bioengineering. 2003. 84(2): 170-178.

107. Zhou, S., McCorquodale J.A., Vitasovic Z. Influences of Density Currents on Circular Clarifiers with Baffles. Journal of Envir. Engineering. ASCE. 1992. 118(6): 829-847.

Информация о работе

Кореньков, Александр Дмитриевич
кандидата технических наук
Щёлково, 2011
ВАК 03.01.06

Диссертация

Технологическое моделирование комбинированного процесса биологического удаления фосфора из сточных вод - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы