ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ АНАЭРОБНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Артамонов В. В., Василенко М. Г., Кременчугский государственный политехнический университет, Кременчуг, Полтавская обл., Украина

Технология биологической очистки широко используется для очистки бытовых и других сточных вод. Ее предпочтительнее реализовать в биофильтрах, которые как массообменные аппараты с пленочным стеканием жидкости по неподвижной биопленке существенно эффективнее аэротенков. По сравнению с аэротенками градиент скорости на границе раздела «биомасса–сточная вода» в биофильтре значительно больше, поэтому в нем выше скорости подведения субстрата к поверхности бактериальной клетки и отведения продуктов метаболизма. Иммобилизация биопленки на твердой поверхности загрузки также является преимуществом биофильтра, поскольку прикрепленные водные организмы создают более стойкую экологическую систему по сравнению с микроорганизмами активного ила, находящимися в воде во взвешенном состоянии. Кроме того, прикрепленная микрофлора отличается высокой гибкостью и выносливостью к изменениям условий протекания процесса, неизбежным в производственных условиях.

Известные технические решения не в полной мере обеспечивают эффективную биологическую очистку в силу следующих причин:
— пространственная сукцессия микроорганизмов существенно нарушается их миграцией с избыточной биопленкой как в толщу загрузки биофильтра, так и в сооружения, где происходят последующие стадии очистки;
— анаэробные процессы очистки не используются на начальном этапе обработки воды, если концентрация органических примесей не очень высока;
— флокулы загрязняющих веществ частично уносятся с очищенной водой, что существенно уменьшает эффективность очистки.

Применение биосорбера-фильтра, заполненного мелкозернистой загрузкой и работающего в режиме фильтрования, в значительной мере позволяет устранить вышеуказанные недостатки, в том числе обеспечить более полное задержание механических примесей и флокул органических веществ, образованных в результате деятельности иммобилизованных микроорганизмов.

В работе представлены результаты использования гранул вспененного полистирола в качестве фильтрующей загрузки анаэробного биосорбера-фильтра.

Экспериментальный биосорбер-фильтр рабочей площадью 0,3 м² был заполнен гранулами вспененного полистирола с размерами 0,8–2,0 мм, высота загрузки — 1,0 м. На очистку подавали городские сточные воды г. Миргорода. Концентрация взвешенных веществ изменялась в диапазоне 32–284 мг/л, БПК5 — 42–154 мг/л.

Фильтрование сточных вод производили в направлении снизу вверх при гидравлических нагрузках 30–120 м³/(м²∙сут). Пуск установки осуществляли при гидравлической нагрузке 30 м³/(м²∙сут), пусковой период продолжался 6 суток до получения стабильных результатов очистки. Уже в первые часы пускового периода эффективность удаления взвешенных веществ составляла 87–95 %, БПК5 снижалось на 18–32 %. В дальнейшем продолжительность работы установки в каждом из режимов принималась равной 10 суткам.

На рисунке показана зависимость средней эффективности очистки от гидравлической нагрузки.

Зависимость эффективности очистки от гидравлической нагрузки:
1 — взвешенные вещества; 2 — БПК

Даже четырехкратное увеличение гидравлической нагрузки обеспечивает достаточно высокую степень удаления взвешенных веществ и снижения БПК. Очевидно, это связано с тем, что скорость фильтрации относительно невелика и составляла около 5 м/ч.
Окислительная мощность установки повышалась с увеличением гидравлической нагрузки и достигала почти
6 кг БПК/(м³∙сут). Окислительная мощность в зависимости от гидравлической нагрузки показана в таблице.

Гидравлическая нагрузка, м³/(м²∙сут)	30	60	90	120
Окислительная мощность, кг БПК/(м³∙сут)	1,81	3,41	4,91	5,85

Приведенные значения окислительной мощности учитывают удаление загрязняющих веществ фильтрованием. Технология биосорбционного фильтрования предполагает периодическую (по мере заиления фильтрующего слоя) гидравлическую промывку загрузки. Обычно параметры промывки фильтров обеспечивают практически полное удаление загрязняющих веществ, накопленных в нем за период фильтроцикла. Применительно к биологической очистке сточных вод такое решение неприемлемо, поскольку в этом случае каждый фильтроцикл должен начинаться с достаточно продолжительного периода наращивания биопленки в теле загрузки до ее рабочей удельной массы. В это время очистка сточной воды будет недостаточно эффективной.
Экспериментально установлено, что восстановление фильтрационных свойств легких зернистых загрузок достигается при частичном удалении задержанных в них загрязняющих веществ.

При интенсивности промывки 10–12 л/(м²∙с) и продолжительности 90–120 с наблюдалось вымывание около 30 % биомассы, содержащейся в заиленной загрузке, состоящей из шариков пенополистирола средним диаметром 1,5 мм, объем промывных вод составлял 0,02–0,05 % объема очищенных сточных вод.

Указанные параметры промывки обеспечивали такое восстановление фильтрационных свойств загрузки, при котором практически сохранялась первоначальная продолжительность фильтроцикла.

Продолжительность фильтроцикла определяется предельной потерей напора в загрузке, равной 1,3 м, и существенно зависит от загрязненности сточной воды и гидравлической нагрузки на сооружение. В условиях эксперимента продолжительность фильтроцикла составила 34–52 суток, грязеемкость загрузки, определенная расчетным путем, — 25–92 кг/м³. Значительную продолжительность фильтроцикла и грязеемкость загрузки можно объяснить интенсивной анаэробной биотрансформацией задержанных загрязняющих веществ. Микробиологический анализ биопленки свидетельствует о ее представительном видовом составе, в частности простейших, характерных для a-мезасапробной зоны с обильным развитием нитчатых бактерий.

С одной стороны, указанные параметры промывки обеспечивали восстановление фильтрационной способности загрузки, с другой — сохранение в ней биомассы, достаточной для эффективной биологической очистки.

Результаты работы использованы при конструировании блочно-модульных установок заводского изготовления. Длительная эксплуатация подобных сооружений свидетельствуют о высокой эффективности предложенной технологии.

Artamonov V. V., Vasilenko M. G., Kremenchug State Polytechnic University, Kremenchug, Poltava Oblast, Ukraine

The report represents the anaerobic treatment technology for domestic sewage that involves the use of filter filled by fine-grained filling material that enhances the immobilisation of biofilm on the surface of filter fill grains.

Артамонов Владимир Владимирович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой геодезии, землеустройства
и кадастра, Кременчугский государственный политехнический университет, ул. Первомайская, 20, Кременчуг, Полтавская обл., 39614, Украина. Тел. (05366) 2-32-77, факс (05366) 3-60-00
Василенко Марина Григорьевна, ассистент, кафедра экологии, Кременчугский государственный политехнический университет, ул. Первомайская, 20, Кременчуг, Полтавская обл., 39614, Украина. Тел. (05366) 2-32-77, факс (05366) 3-60-00