Методика проведения технологического контроля работы сооружений по очистке сточных вод (стр. 12 )

Қайталама тұндырғыштар үшін лайдың шекті дозасы бар, одан асқан жағдайда олар қанағаттанарлықсыз жұмыс істейді. Сондықтан үлкен жүктеме кезінде лайдың орташа дозасын ұлғайту үшін аэрациялық құрылыстарда белсенді лайды регенерациялайтын жұмысқа көшеді (әдетте, аэротенктердің регенераторларсыз немесе көлемі 25 және 50% регенераторлармен жұмыс істеу мүмкіндігі көзделеді). Лайдың орташа дозасына қарай құрылыстарда лайдың күлсіз затының 1 г-на шаққандағы жүктеме өзгеріп отырады. Регенераторлардың көлемі әдетте аэротенктер көлемінің 50%-ын құрайды. Лайдың орташа дозасы құрылыстарда 2,5-тен 4 г/дм3-ге дейін өзгереді. Лайдың күлсіз құрғақ затының 1 г-на ОБТ5 бойынша 200–250 мг жүктеме кезінде аэротенктер тазартылған сулардың жоғары сапасын қамтамасыз ете отырып орнықты жұмыс істейді, бұдан жоғары жүктемелер кезінде (400 мг-нан астам) аэрациялық құрылыстардың жұмысы орнықсыз болады (лай индексі артады, тазартылған сулардың сапасы нашарлайды); Жүктеме 80–150 мг кезінде аммонийлі тұздардың азоты нитриттарға дейін толық нитрификацияланады.

Аэротенктердегі ауаның шығысын ерітілген оттегінің мөлшері аэротенктің кез келген нүктесінде кемінде 2 мг/дм3 болатындай ұстау қажет (толық нитрификацияланатын аэротенктерде 7-ден 8 мг/дм3-ге дейін). Сарқынды судың 1 м3-не шаққандағы ауаның шығысы аэротенктерге түсетін сарқынды сулардың ОБТ-на байланысты: ОБТ жоғары болған сайын, соғұрлым ауаның шығысы көп болады.

Алынған ОБТ5 ның 1 кгна кететін ауаның шығысы — 40-тан 60 м3-ге дейін, ал толық нитрификация жүретін аэротенктерде 100-ден 180 м3-ге дейін өзгереді. Жоғарыда аталғанған көрсеткіштермен ұштастыра отырып, белсенді лайға гидробиологиялық талдау жүргізу аэротенктердегі тазарту процесін әлдеқайда дәл сипаттауға мүмкіндік береді.

Қайталама тұндырғыштардың жұмысы салынды заттарды шығару және қайтарымды белсенді лайдың концентрациясы бойынша бағаланады. Қайталама тұндырғыштардан кемінде 12 мг/дм3 салынды заттар шығарылу үшін, аэротенктерде су мен лай жақсы дайындалған жағдайда су тұндырғышта кемінде 2,5 сағат болуға тиіс, лай қоспасындағы белсенді лайдың концентрациясы 1,2–1,5 г/дм3 болуға тиіс. Егер лай қайталама тұндырғыштарда жинақталып, ерітілген оттегіні жақсы тұтынатын болса, тазартылған су ерітілген оттегінің шамалы мөлшерімен шығады, ал егер аэротенктерде нитрификация жүріп жатса, онда қайталама тұндырғыштарда денитрификация басталады, ол тұндырғыштардан салынды заттарды шығарудың елеулі ұлғаюына алып келеді. Қайталама тұндырғыштардан қайтарымды лайдың концентрациясы 4–6 г/дм3 болуға тиіс.

6. Сарқынды суларды биологиялық тазарту процесінде азот пен фосфор қосылыстарын жою технологиясы

6.1. Биологиялық тазарту құрылыстарының алдына құрамында азот болатын заттардың барлық түрлерін тереңдетіп жою міндеті қойылады, бұл ортаның әртүрлі жағдайларын қамтамасыз етуді талап ететін көп кезеңдік күрделі процестермен жүзеге асырылады.

Сарқынды суларда азот негізінен минералды (,,) және органикалық (аминқышқылдары, организмдер тіндерінің белогы) құрамдастардан тұрады. Химиялық талдау әдістерімен төрт түрі айқындалады: аммоний азоты, нитриттер, нитраттар, жалпы азот және Къедаль бойынша азот, ол органикалық азот пен аммоний азотын (нитриттер және талданатын сынақта нитриттердің болмауы немесе сынаққа дайындау процесінде ұшады) қамтиды.

Азот тұрмыстық сарқынды суларда – адам ағзасындағы азот метаболизмінің түпілікті өнімдерін білдіретін органикалық заттардың негізгі бөлігі болып табылады. Тұрмыстық сарқынды суларда аммиак немесе несепнәр түрінде 80-90% барлық азотты құрайтын заттар болады. Аммонификациялау – бұл азоттың органикалық қосылыстарының органикалық емес түрлеріне бактериялық айналуы, олардың негізі кәріз жүйесінде гетеротрофтық шіріткіш (аммонификациялайтын) бактериялар жасайтын өсімдік пен жануар белоктары протеолизі нәтижесінде аминсіздену процесінде жинақталатын аммиак болып табылады. Аммиактан басқа аммонификациялау нәтижесінде фосфор мен күкіртсутек пайда болады. Бұл процеске төменгі температура (100С төмен), рН қышқыл, кәріз жүйесінде сарқынды сулардың жеткілісіз уақытта болуы кедергі келтіреді (бұл желілер ұзындығының қысқалығынан шағын кәріз жүйелеріне, сондай-ақ жеткілікті еңіспен жасалмаған кәріздерге тән1). Кәріздегі сарқынды сулардың қысқа жолы сондай-ақ сарқынды суларды белок заттарымен ластайтын өнеркәсіптік объектілер қалалық тазарту құрылыстарына жақын орналасуына да негізделуі мүмкін, мысалы, ет комбинаттары, консерв зауыттары және т. б. Мұндай жағдайларда құрылыстарға шірімеген белок қосылыстарының көптеген мөлшері келіп түседі. Бұған қоса оларды өлшеу жүргізудің стандарттық әдістері ескермейді (азот аммонийін анықтау кезінде белоктан коагулянттар қосып алдын ала шығарылады). Аммонификациялаудың қанағаттанарлықсыз нәтижесі аэротенктердегі нитрификациялау процесінің тиімсізідігі болып табылады. Түсетін белок қосылыстары құрылыстардың анаэроб аймақтарында (олар әрқашанда болады) азот аммонийінің пайда болуымен ыдырайды. Осы себеппен аэротенктерде қанағаттанарлық нитрификациялау жайында мөлдерленген, сондай-ақ тазартылған суларда азот аммонийінің көбеюі байқалуы мүмкін. Осымен аэротенктерді нитрификациялау процесі қалай жақсы жүргізілсе де, қанағаттанарлық жұмыс істейтін тазарту құрылыстары тазартқан сарқынды суларда 1,0–2,0 мг/дм3 тұрақты шоғырланып амонды азоттың болуы түсіндіріледі.

6.2. Нитрификациялау – көп кезеңдік күрделі процесс. Нитрификациялаудың бастапқы кезеңі аммоний тұздарын нитриттерге қышқылдандыру, мынадай теңеу бойынша өтеді:

.

Нитрификациялау процесі нитрификациялайтын бактериялардың тіршілік етуінің және функционалдық белсенділігінің нәтижесінде жүзеге асады, олар хемосинтездеуші автотрофтарға жатады; органикалық ортада органикалық қосылыстардың болуы олардың дамуына зиянды әсер етеді, сондықтан аэротенктерде амонды азотты нитрификациялау ОБТ көрсеткішімен сипатталатын құрамында көміртектес қосылыстар іс жүзінде толғымен қышқылданғаннан кейін ғана минерал болады. Органикалық заттар минерал болғаннан кейін бактериялардың өсуіне жағдай туады, бұл бактериялар – бірнеше тектегі бактериялар жүзеге асыратын нитрификациялаудың бірінші кезеңінің қоздырғыштары. Олардың негіздері Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosovibrio болып табылады.

Нитрификаттар органикалық қосылыстарға (пестецидтерге, гербецидтерге) және токсиканттарға (цианид, фенол, анилин, көміртек қышқылы, метан) сезімтал келеді. Барлық ауыр металдар нитрификаттар үшін басушы токсиканттар болып табылады.

Нитрификациялаудың бірінші кезеңін қамтамасыз ететін нитрификациялаушы бактериялар үшін ортаны неғұрлым қолайлы әсері рН 7,2–8,6 аралығында болады, олар әсіресе рН қышқылы аясына жылжуына сезімтал келеді.

Нитрификациялау процестері тазартылатын сарқынды сулардың температурасына байланысты болады. +9 ºС температура кезінде нитрификациялау жылдамдығы бәсеңдейді (ең төменгісі 8 ºС );

+6 ºС температура кезінде процесс толық тоқтайды. Нитрификациялау үшін өзге де қолайлы жағдайларда қыс кезеңінде оның белсенділігі 10%-ға төмендейді. Температура +37 ºС жоғары болған кезде нитрификациялау жылдамдығы суда ерітілген оттегі құрамының азаюына байланысты төмендейді. 15-тен 35 ºС дейінгі температура диапозонында нитрификациялау қанағаттанарлық болады және оның қарқындылығы температура 35 ºС дейін көтерілу кезінде ұлғаяды.

Нитрификациялау – едәуір баяу процесс болып табылады, ол лай қоспасында ерітілген оттек жеткіліксіз болған кезде одан сайын бәсеңсиді және басылады. Нитрификациялаудың бастапқы кезеңін қамтамасыз ету үшін ерітілген оттектің ең төменгі қажетті құрамы 1 мг/дм3 астам болуға тиіс. Бұл ретте белсенді лай организмдерінің тыныс алуын қамтамасыз ету үшін ерітілген оттегінің жеткілікті жоғары деңгейі, сондай-ақ аэротенктерде лай қоспасының жақсылап араласуы да талап етіледі, оған не берілетін ауаның көп мөлшерімен, не аэрацияның мінсіз жүйесі арқылы (ұсақ көпіршікті және ірі көпіршікті аэраторлардың оңтайлы үйлесімділігі) қол жеткізіледі. Бір миллиграм аммоний азотының нитритіке айналуына 2,33 мг ерітілген оттек жұмсалады. Нитриттер –амонды азоттың толық қышқылданбаған өнімі болып табылады. Тазартылған сарқынды суларда нитриттердің пайда болуы органикалық заттардың негізгі бөлігі минералданғанын (қосарласып өтетін суарылатын алқаптардағы процестер ерекше болып табылады) және нитрификация басталуын куәландырады.

6.3. Нитрификациялаудың екінші кезеңі – нитраттардың пайда болуы алғашқысы ойдағыдай аяқталған кезде ғана басталады, өйткені аммиактың артықшылығы нитрификациялаудың екінші кезеңі қоздырғыштарының дамуын бәсеңдетеді. Нитрификациялаудың екінші кезеңі бірінші кезеңде пайда болған азот тәріздес қышқыл тұздарының азот қышқылы тұзына қышқылдануына негізделеді. Процесс мынадай теңеуге сәйкес өтеді

.

Нитрификациялаудың екінші кезеңін Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus Nitrocystis, Nitrospira тектегі бактериялар жүзеге асырады. Олар үшін қышқылданудың жалғыз субстраты нириттер болып табылады. Nitrobacter (нитраттар азотының пайда болуы) бактериялық биомассаның өсу жылдамдығы Nitrosomonas (нитриттер азотының пайда болуы) қарағанда едәуір жоғары болады. Екінші кезеңнің бактериялары ортаның қолайсыз жағдайларына: ерітілген оттегінің, рH құрамына неғұрлым сезімтал келеді. Сілті ортасында оларға диссоцияланбаған аммоний ионы теріс әсер етеді. Осы себептен нитрификациялаудың екінші кезеңі рН 7,0–7,6 бейтарап мәндерінің тар шегінде әрекет етеді. Нитрат жасаушы бактериялар ерітілген оттегің құрамына неғұрлым талап қояды (3,5 мг/дм3 құрамы болған кезде екінші кезеңдегі нитрифиакциялау ең жоғары мәндерге жетеді). 1 мг нитриттерді нитраттарға дейін қышқылдандыру үшін 3,4 мг оттек талап етіледі.

Нитрификациялау процесінің ойдағыдай өтуі үшін лай қоспасында ертілген оттегінің жеткілікті мөлшерін ұстап тұру және аэротенка мен регенераторлардың басында, аэротенктердің басқа аймақтарына қарағанда ауаны 2-3 есе артық беруді, сондай-ақ екінші тұндырғыштарда лайдың қалың қабатын болдырмау және оның оттек жұтымдылығын өсірмеу үшін олардан лай шығарудың қанағаттанарлық режимін қамтамасыз ету қажет.

Алайда нитрификациялаудың екінші кезеңінің бактериялары токсиканттарға соншалықты сезімтал келмейді және бірінші кезеңді қамтамасыз ететін бактерияларға қарағанда едәуір жылдам өседі. Сондықтан нитрификациялаудың бірінші кезеңі осы себептермен көптеген жағдайда лимиттеуші болады. Нитрификациялау қарқындылығы нитрификациялайтын бактериялардың санына тепе-тең болады. Температура бірдей болған кезде Nitrobacter тектегі бактериялардың өсуі Nitrosomonas бактерияларға қарағанда 50 %-ға артық болады. Сондықтан жүйеден лайды артығымен шығару ең алдымен нитриттердің пайдала болуына теріс әсер етеді, өйткені бұл кезең – нитриттер түзілуінің негізгі кезеңі болып табылады, ол болмаса нитрификациялаудың барлық процесі бұзылады.

Қанағаттарлық нитрификациялау үшін белсенді лайға шамалы жүктеме және лайдың елеулі мерзімі (кемінде 4-5 тәуілк) болуы қажет. Тұнбадың елеулі мерзімінің есебінен нитрификаттардың қажетті санын сақтауға мүмкіндік болады. Шамалы мерзімін ұстап тұру лайдың неғұрлым жиі шығарылуын және нитрификаттарды едәуір ысырабын болжайды, олар гетеротрофтық бактерияларға қарағанда өз санын баяу қалпына келтіреді. Лайдың мерзімін 8 тәуліктен астам ұстап тұру нитрификациялайтын лайда сарқынды сулармен шайылатын және артық лайды шығару кезінде жойылатын нитрификациялаушы бактериялардың болған шығынын толық орнына келтіруге мүмкіндік береді.

Лайға 400-500 мг 400–500 мг ОБТ5 жүктеме кезінде 1 г белсенді лайға нитрификациялау қамтамасыз етілмейді. 200-250 мг/г жүктеме кезінде нитраттар әсіресе жаз мерзімінде пайда болады.100-150 мг/г төменгі жүктеме кезінде нитрификациялау айрықша қарқында өтеді және азоттың басым бөлігі нитраттарға ауысады. Нитрификациялаудың болуы мен тереңдігіне жүктеменің елеулі әсерінің болуы сарқынды сулардан органикалық ластаушы заттарды алдын ала алу қажеттілігімен, сондай-ақ жүктеменің сарқынды сулардағы нитрификациялық әлеуетті айқындауымен түсіндіріледі. Сарқынды сулардағы нитрификациялық әлеуеті деп ОБТ5 және бастапқы тұндырудан кейінгі мөлдірленген сарқынды сулардағы азот мөлшері мәндерінің арақатынасы есептелінеді. Кейіннен нитрификациялаумен толық қышқылдандырып жұмыс істейтін қалыпты тазарту жүйесінде нитрификациялау әлеуеті 5-6 құрайды. Ол өскен кезде нитрификациялау қарқындылығы төмендейді. Тереңдетіп нитрификациялауды қамтамасыз ететін төмен жүктелімдегі аэротенктер жүйелерінде, сондай-ақ екі кезеңдік реттелікпен тазарту процесінде нитрификациялау әлеуеті неғұрлым қолайлы – ол 3-ке тең болады. Тазартылатын сарқынды сулардың нитрификациялау әлеуеті нитрификациялау сәттілігін айқындайды және жобалау кезінде тазартудың технологиялық схемасын таңдау жағдайында ескерілуі тиіс, өйткені ол түзуші белсенді лайдың тірі биомассадағы нитрификаттар бактериялары фракциясының шамасын айқындайды (6-кесте). Нитрификаттар фракциясы қаншалықты аз болса, белсенді лайдың соншалықты үлкен мерзімі қанағаттанарлық нитрификациялауды қамтамасыз ету үшін ұсталынуы тиіс. Тазарту құрылыстарын жобалау кезінде есептерде сондай-ақ нитрификациялау жылдамдығы ексерілуі тиіс, ол әртүрлі жағдайларда 1 сағатта лайдың 1 грамм күлсіз затында 3-тен 10 мг азот құрайды.

6-кесте. Сарқынды сулардың нитрификациялау әлеуетінің және нитрификаттар фракциясының арасындағы арақатынас (белсенді лайдағы бактериялардың жалпы биомассасы бірлікпен алынған)

Нитрификациялау әлеуеті (ОБТ/ жалпы азот)	Нитрифкаттар фракциясы	Нитрификациялау әлеуеті (ОБТ/ жалпы азот)	Нитрифкаттар фракциясы
0,5	0,35	5	0,054
1,0	0,21	6	0,043
2,0	0,12	7	0,037
3,0	0,083	8	0,033
4,0	0,064	9	0,029

6.3. Сипатталған азоттың айналу процестері қолданыстағы биологиялық тазарту құрылыстарындағы нитрификациялауды дамыту үшін сындарлы факторларды айқындауға мүмкіндік береді (7-кесте). Оларға мыналар жатады:

- рН, тазартылатын сулардың температурасы;

- тазартылатын сарқынды сулардағы жеңіл қышқылданатын суда еритін органиканың мөлшері;

- сарқынды суларда амонды азоттың және белок қосылыстарының мөлшері;

- аэротенктердегі, екінші тұндырғыштардағы аэробтық;

-сарқынды сулардың құрамы (өнеркәсіптік шығарындалардың салыстырмалы мөлшері, оларда уытты заттардың болуы);

- мөлдірленген сарқынды сулардағы нитрификациялау әлеует;

- белсенді лайға жүктеме шамасы, лайдың мерзімі және нитрификациялаушы бактериялардың саны;

- аэротенктердегі аэрация кезеңі және белсенді лайдың регенерациялау пайызы;

7-кесте. Нитрификациялауды қамтамасыз ететін қажетті жағдайлар

Әсер етуші факторлар	Мәндер аралығы
Рұқсат етілетін рН	5,6–10,3
Оңтайлы рН:
нитрификациялаудың I фазасы (NO2)	7,2–8,6
Нитрификациялаудың II фазасы (NO3)	7,0–7,6
Рұқсат етілетін, ºС	9–35
Оңтайлы температура, ºС	15–30
Ерітілген оттек, мг/дм3 ең аз мөлшері оңтайлы мөлшері: I фаза II фаза	> 1,0 1,8–3,0 2,5–3,5
Тазартылатын сарқынды сулардағы ауыр металдардың мөлшері, мг/дм3	олардың үйлесімді әрекетін есепке алмастан 5,0 кем
басқа токсиканттардың болуы	процесті ингибирлемейтін шоғырлануда
Лайдың мерзімі (оңтайлы), тәулік	6–9
Жол берілетін нитрификациялау әлеуеті	0,5-тен және 8,0-ден аспайтын
Оңтайлы нитрификациялау әлеуеті	0,5–6,5

Тазартылған суларда азоттың болмашы қышқылданған түрлерінің болуы органика қышқылдануының қанағаттанарлық аяқталған процесі және нитрификациялаудың басталуы туралы куәландырады. Тазартылған суларда NH4 ( 2,0 мг/дм3 астам) және NO2 (бірліктің ондық үлесі) болуы нитрификациялаудың жеткіліксіз тереңдігін көрсетеді. Тереңдетіп нитрификациялауды қамтамасыз ететін биологиялық тазарту құрылыстарындағы тазартылған суларда негізінде барлық азот нитраттар түрінде болады, оның мөлшері кемінде 5,0-6,0 құрайды және 40,0 және одан астам мг/дм3 жетуі мүмкін. Нитриттер бірліктің ондық үлесіне сирек жетеді, тіпті нитрификациялаудың аяқталмаған процесінің нәтижесінде олар көп түзелсе де, олар хлорлау процесінде едәуір дәрежеде қышқылданады және тазартылған суларда бірліктің ондық үлесінде болады, ал аммоний азоты 1,0 мг/дм3 аспайды.