Изучение технологии удаления биогенных элементов из

Исследовательская работа
Учащегося 9 класса
МОУ «Гимназия № 7» г. Подольска Московской области
Направление исследования: Экология
Тема: Изучение технологии удаления биогенных элементов из
сточных вод на примере очистных сооружений г.Подольска.
Работу выполнил: учащийся 9 класса Тихоновский Павел
Руководитель: учитель химии и биологии Сечина Е.С.
2013-2014 учебный год
1
Структура работы
1.Введение
2.Основная часть
3.Заключение
4.Список источников и литературы
5.Приложения
3
4
19
20
21
2
Мы познаем ценность воды
лишь когда колодец пересыхает.
Бенджамин Франклин.
Все мы понимаем, какое – это сокровище – река?
И как оно уязвимо, это сокровище!
Можно заново отстроить город.
Можно посадить новый лес, выкопать пруд.
Но реку, если она умирает, как и всякий
Живой организм, сконструировать заново нельзя.
В. Песков
Введение
Когда мы открываем кран, из которого течет вода в раковину, мы не
представляем, куда же вода попадает дальше, что с ней происходит.
Когда мы летом собираемся купаться в реках Подольска, мы не
задумываемся над тем, можно ли это делать без вреда для нашего здоровья.
Когда мы хотим порыбачить, мы не задумываемся, а можно ли есть
рыбу, пойманную в реках Подольска.
Мы задумались над этими вопросами и решили изучить работу
Водоканала города Подольска подробно и узнать механизм очистки сточной
воды, ее показатели до и после очистки.
В этом мне помогли: главный технолог Водоканала О. В. Тарасова и
лаборант микробиологической лаборатории .
Целью моей работы является изучение технологии удаления
биогенных элементов из сточных вод на примере очистных сооружений
г.Подольска, и влияние данной очистки сточных вод на экологию рек г.
Подольска
Среди задач исследования мы выделяем следующие:

Ознакомление с технологической схемой очистных сооружений.

Изучение этапов очистки сточных вод.

Изучение технологии нитри-денитрификации и дефосфотации.

Изучение кислородного режима аэротенков, проведение анализов
количества растворенного кислорода в зонах аэротенков, построение
кислородных профилей.

Изучение состава активного ила. Проведение
гидробиологического анализа активного ила.
3
Гипотеза: реконструкция очистных сооружений г.Подольска и
внедрение передовых технологий позволила значительно улучшить
показатели качества очистки сточных вод.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Технологическая схема
Очистные
сооружения
г.
Подольск
рассчитаны
на
3
производительность 100 тыс. м в сутки.
Городские сточные воды г. Подольска по двум самотечным
коллекторам d=1000 и d=1500 мм
и по двум коллекторам d=600 мм из Климовска подаются в общую
приемную камеру очистных сооружений. От приемной камеры по двум
трубопроводам d=1200 мм самотеком сточные воды поступают в приемную
камеру здания решеток, где проходят решетки грубой очистки и далее
решетки ступенчатого типа с прозорами 5 мм, после чего поступают в
горизонтальные песколовки.
Грубые дисперсные примеси, выделяемые на механических
ступенчатых решетках типа
РСКЭ 1517 , шнековым транспортером подаются в пресс, далее в
приемный контейнер и вывозятся на полигон ТБО.
Песок, задерживаемый в песколовках, скребковыми механизмами
Z 2012 сгребаются к приямку, песковая пульпа погружными насосами
подается для сепарации песка на установку
SA 360 ( 2 шт.) для отмывки и отжима, установленные в здании
решеток, и тракторной тележкой вывозятся на песковые площадки.
Сточные воды, очищенные от грубых примесей и песка,
поступают в приемную камеру насосной станции и затем по трем напорным
коллекторам d=700 мм насосами перекачиваются в камеру гашения напора IV
очереди, откуда самотеком поступают в распределительный лоток первичных
отстойников.
Осветленные в первичных отстойниках сточные воды через
рассредоточенный впуск подаются в начало первого коридора
четырехкоридорных аэротенков в количестве 0,9 Q (анаэробная зона). В
начало анаэробной зоны также подается иловая смесь при помощи насоса из
конца второго коридора (I аноксидная зона) в количестве 4 Q.Иловая смесь,
прошедшая анаэробную зону, поступает во второй коридор (I аноксидная
зона). В начало второго коридора насосами по трубопроводам из вторичных
отстойников подается возвратный активный ил в количестве Q и
рециркулирующая иловая смесь, подаваемая насосами из четвертого коридора
4
(конец II аноксидной зоны) в количестве 4 Q. Турбулизация иловой смеси в
обоих коридорах осуществляется тихоходными пропеллерными мешалками
большого диаметра. Такое решение позволяет получить:
-в первом коридоре (анаэробная зона) минимальное количество
растворенного кислорода
(Cо2<0,2 мг/л) и нитратов, что необходимо для успешной
дефосфотации.
-во втором коридоре(I аноксидная зона) создаются условия для
достижения низких значений
ОВП (менее 150 мВ), что необходимо для процесса денитрификации.
Иловая смесь в количестве 5,9 Q из второго коридора поступает в I
аэробную зону (третий коридор и 11 м четвертого коридора), оборудованную
мелкопузырчатыми мембранными аэраторами. Расход иловой смеси на этом
участке составляет 5.9Q. Для подачи воздуха применены воздуходувные
агрегаты NX-300 корейской фирмы NEUROS(производительность - 204
м3/мин, рабочее давление - 61,1 КПа, мощность двигателя - 250 кВт). Из
первой аэробной зоны иловая смесь через наклонную перегородку поступает
во вторую аноксидную зону длиной 25 м. В этой зоне, оборудованной
мешалками для турболизации потока, происходит снижение концентрации
растворенного кислорода и ОВП, но заметной денитрификации ожидать не
следует из-за короткого времени пребывания (9,6 мин) и малой концентрации
органических веществ. Во вторую аноксидную зону подается также исходная
сточная жидкость в количестве 0,1Q для повышения концентрации
органических загрязнений. Из этой зоны, как указано выше, иловая смесь с
расходом 4Q насосом перекачивается в I аноксидную зону. Наклонная
перегородка, установленная в начале II аноксидной зоны, предназначена для
сгущения избыточного активного ила (ИАИ). Сгущенный ИАИ в количестве
0,04Q погружными насосами откачивается в линию удаления ИАИ и далее в
приемную камеру иловой насосной станции.
Иловая смесь с расходом 1,96Q поступает во вторую аэробную зону.
Вторая аэробная зона длиной 33м, оборудована такими же аэраторами, что и
первая. Она предназначена для доокисления углерода и азотсодержащих
веществ, а также для подготовки иловой смеси к разделению на фазы во
вторичных отстойниках.
Во вторичных отстойниках (4 отстойника на каждый аэротенк)
происходит разделение иловой смеси на очищенную воду и возвратный ил.
Возвратный ил насосами перекачивается в магистральный илопровод и
возвращается в начало I аноксидной зоны в количестве 1Q.
Очищенные сточные воды двумя трубопроводами поступают в блок
доочистки, который состоит из четырех секций. Каждая секция блока
5
доочистки разделена на три ступени. Каждая ступень состоит из камеры
насыщения и контактного резервуара с ершовой загрузкой. В процессе
доочистки на ершах с иммобилизированной микрофлорой происходит
дополнительно снижение количества взвешенных, органических и биогенных
веществ.
По мере засорения ершовой загрузки производится ее регенерация с
помощью сжатого воздуха. Грязная промывная вода отводится в резервуар
грязной промывной воды и насосами откачивается в канал перед аэротенками.
После блока доочистки очищенная вода самотеком по коллектору
d=2000 мм поступает для обеззараживание на станцию УФО, оборудованную
лотковыми вертикальными модулями 88МЛВ-36А600-М (2-рабочих,1резервный). Доза УФ излучения, обеспечиваемая рабочим оборудованием,
составляет не менее 318 мВт/см.
Оборудование установлено в железобетонном канале шириной 2,3
м и общей глубиной 3,4 м. Канал оборудован отключающим щитовым
затвором с электроприводом, ремонтными шандорными щитами, затвором
регулирования уровня воды в канале с электроприводом, датчиками
аварийного максимального и минимального уровней сточной воды в канале.
На случай аварийного отключения станции УФО предусмотрен обводной
коллектор с затвором и шандорами.
Качество очищенных сточных вод контролируется персоналом
бактериологической лаборатории в соответствии с требованиями МУ
2.1.5.800-99,СанПиН 2.1.5.980-00,МУ 2.1.5.732-99.
После обеззараживания на блоке УФО сточные воды по отводящему
коллектору сбрасываются через каскадный выпуск №2 в речку Черный ручей,
впадающий в реку Пахру.
Контроль процесса очистки осуществляется с помощью контрольноизмерительных приборов:
Вход ОС (здание решеток) - азот аммонийный, фосфор фосфатов,
взвешенные вещества,Рh, температура, БПК
Вход в аэротенки – фосфор фосфатов, азот аммонийный.
Выход из аэротенков – азот аммонийный, растворенный кислород
( I аноксидная зона, II аэробная
зона), Рh,азот нитратов, взвешенные
вещества.
Доочистка – взвешенные в-ва.
Выход ОС (здание УФО) – азот аммонийный, фосфор фосфатов, азот
нитратов, температура, растворенный кислород, БПК, взвешенные вещества.
6
Данные о качестве процесса очистки с контрольно-измерительных
приборов поступают на компьютер в диспетчерской очистных сооружений в
режиме реального времени
Методика и материал исследования

Работа с научной литературой для более детального изучения
проблемы.

Изучение технологической схемы очистки сточных вод на
очистных сооружениях г.Подольск.

Изучение кислородного режима аэротенков.

Проведение измерений количества растворенного кислорода в
зонах аэротенков.

Построение кислородных профилей.

Эксперименты
для
изучения
состава
активного
ила
(гидробиологический анализ).
На очистных сооружениях г.Подольска с 1965 по 1989 год городские
сточные воды подвергались классической двухступенчатой очистке:
механической и биологической.
В процессе классической биологической очистки не удается достичь
качества очистки в соответствии с жесткими современными требованиями,
особенно по содержанию всех форм азота и фосфора. Наиболее
перспективный метод удаления биогенных элементов из сточных вод
базируется на традиционной биологической очистке в аэротенках с
сочетанием аэробных и анаэробных процессов, которая внедрена на очистных
сооружениях г. Подольска. Внедрение этой технологии проводилось поэтапно.
Чтобы обеспечить стабильную работу биологического блока с 2006
по 2008 год была проведена реконструкция блока механической очистки.
Новый блок обеспечил практически полное извлечение из поступающих
сточных вод крупно, средне мелкодисперсной и коллоидной фракции
загрязнений. Здесь предусмотрена полная автоматизация технологических
процессов с выводом контроля и управления на диспетчерский пункт,
установлено современное энергосберегающее оборудование.
В 2012 году была проведена реконструкция блока биологической
очистки производительностью 100 тыс.м3/сут с применением технологии
глубокого удаления биогенных элементов, которая была опробована на
экспериментальной линии.
в
4
В процессе реконструкции 8 двухкоридорных аэротенков переделаны
четырехкоридорные аэротенки с зонами, которые по степени
7
обеспеченности кислородом подразделяются на три основные: анаэробная,
аноксидная и аэоробная.
Первые два коридора аэротенков используются в качестве анаэробноаноксидной зоны, третий и четвертый коридоры-в качестве аэробной зоны с
выделением в ней второй аноксидной зоны и зоны уплотнения активного ила.
Анаэробная зона-зона окончания нитрификации, кислород отсутствует
как в свободном, так и в связанном виде. Происходит накопление биомассы
организмов ацинетобактер, способных выделять полифосфаты и поглощать
фосфаты в последующей аэробной зоне. В этой зоне
минимальные
концентрации растворенного кислорода (СО2 0,2 мг/л) и нитратов, что
необходимо для эффективной дефосфотации.
Аноксидная зона-это зона активной денитрификации (удаления азота
нитратов), которая осуществляется в присутствии факультативных анаэробов.
В аноксидной зоне кислород присутствует в химически связанном виде в
форме, главным образом нитратов. Процесс протекает по уравнению:
6NО3-+ 5СН3ОН = 3N2 + 5СО2 + 7Н2О + 6(ОН-)
В аноксидно-анаэробных зонах иловая смесь поддерживается во
взвешенном состоянии с помощью специально установленных мешалок.
Аэробная зона-предназначена для удаления органических загрязнений
с последующей нитрификацией (удаление азота аммонийного). NН4++1,5О2 =
2Н+ + NО2--+Н2О
2NО2- + О2 = 2NО3
В этой зоне установлена аэрационная система, в которую от
воздуходувок подается воздух для насыщения сточной жидкости кислородом
и поддержания иловой смеси во взвещенном состоянии. Содержание
кислорода в средине аэробной зоны должно быть 3-4 мг/л, на выходе из
аэротенка – 5-6 мг/л.
Глубокое удаление азота достигается методом нитрификации
(окисление азота аммонийного) - денитрификации (удаление азота нитратов),
а глубокое удаление фосфора-методом биологической дефосфотации.
Принцип биологической дефосфотации заключается в переводе
фосфора в анаэробной зоне из клетки активного ила в раствор, в аэробной зоне
из раствора вновь в клетку, но в значительно большем количестве. Включение
анаэробных стадий в традиционную схему приводит к голоданию ила по
фосфору и тому, что количество фосфора, поглощаемого вновь активным
8
илом, увеличивается в несколько раз. Избыточно поглощенный фосфор
выводится из системы с избыточным активным илом.
Для успешного осуществления процесса биологической очистки
сточных вод важное значение имеет поддержание оптимальных значений
количества растворенного кислорода в разных зонах аэротенков. Количество
растворенного кислорода контролируется специально установленными
датчиками.
Нарушение кислородного режима в аэротенках
неудовлетворительному качеству очистки сточных вод.
приводит
к
Совместно с технологом ОС нами
были проведены измерения
количества растворенного кислорода в различных зонах аэротенка А2.По
результатам измерений построены кислородные профили.
Результаты измерений в 10.00 показали нарушения в распределении
кислорода в I аноксидной, I аэробной и II аноксидной зоне аэротенка А2. Это
привело к превышению показателей очистки по азоту аммонийному.
На основании этих данных было отрегулировано распределение
кислорода и проведены повторные измерения в 14.00. Кислородный профиль,
построенный по результатам измерений, показал, что во всех зонах аэротенка
А2 распределение кислорода соответствует необходимым технологическим
параметрам.
9
Внесенные изменения в распределение кислорода позволило улучшить
качество очистки сточных вод по азотной группе.
Для успешного осуществления процесса очистки сточных вод важное
значение имеет качество активного ила.
Он формируется из наиболее устойчивых к данным сточным водам
бактериальных штаммов с соответствующими пищевыми потребностями,
видовое разнообразие простейших определяется степенью разложения
органических загрязняющих веществ.
Богатое
видовое
разнообразие
организмов
активного
ила
свидетельствует о благополучии биологической системы аэротенка, высокой
эффективности очистки и устойчивости биоценоза к повреждающему
воздействию токсичных сточных вод.
Характер реакции биоценоза активного ила на неблагоприятное
воздействие проявляется в снижении видового разнообразия. Чувствительные
к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или резко
снизить численность, в то время как устойчивые становятся еще обильнее.
Если действие неблагоприятного фактора нарастает или долго сохраняется,
затрагиваются все новые виды биоценоза и, в результате, при минимальном
видовом разнообразии наблюдается максимальная численность наиболее
устойчивых видов.
Качество активного ила ( Приложение №1), его видовой состав (
Приложение 2,3,4) , количество микроорганизмов и их жизнеспособность
определяется с помощью гидробиологического анализа.
Совместно с гидробиологом Исследовательского Центра Водоканала
мы изучили методику проведения гидробиологического анализа и провели
его исследование.
10
Мы увидели следующие компоненты активного ила:
НЕФТЕПРОДУКТЫ
11
АКТИНОМИЦЕТЫ
12
ОПЕРКУЛЯРИЯ
13
Частота
встречаемости
Количество
экземпляров одного
(Баллы)
14
Очень Редко
Редко
Нередко
Часто
Очень часто
Масса
вида
1
1-3
4-10
10-20
20-40
40-100
1
2
3
5
7
9
Прошедшая биологическую очистку сточная вода вместе с активным
илом попадает во вторичные отстойники, предназначенные для разделения
иловой смеси. Осевший активный ил скребковыми механизмами сгребается в
приямок в начале вторичного отстойника и насосами перекачивается обратно
в аэротенк.
Очищенная вода после блока биологической очистки для доведения
качества очистки до нормативных показателей подается на блок доочистки с
иммобилизированной микрофлорой. Каждая секция доочистки состоит из трех
ступеней с ершовой загрузкой, через которые фильтруется снизу вверх
насыщенная кислородом очищаемая жидкость. НА блоке доочистки
снижается не только концентрация взвешенных веществ, но и дополнительно
окисляется аммонийный азот.
Очищенная сточная вода перед сбросом в водоем проходит стадию
обеззараживания
для
обеспечения
качества
сточных
вод
по
микробиологическим показателям.
На очистных сооружениях г. Подольска внедрен эффективный
экологически
безопасный
метод
обеззараживания
сточных
вод
ультрафиолетовым излучением. При этом предотвращается бактериальное
загрязнение поверхностных вод, которое может привести к нарушению
здоровья населения, развитию массовых инфекционных, паразитарных и
неинфекционных заболеваний, а также к ухудшению условий
водопользования населения.
Применение ультрафиолетового излучения для обеззараживания
очищенных сточных вод на основе использования современного УФ
оборудования нового поколения позволяет решить ряд проблем, связанных с
использованием традиционного хлорирования, а именно: исключает условия
для образования в обеззараженных сточных водах хлорорганических
соединений и хлораминов. Отпадет надобность в создании на территории
комплекса очистных сооружений опасного для эксплуатационного персонала
15
и окружающей природной среды объекта – хлораторной с расходным складом
реагента, а также отпадёт необходимость в транспортных расходах с
сопутствующей техникой безопасности.
Качество очищенных сточных
бактериологической лаборатории.
вод
контролируется
персоналом
Все этапы очистки сточных вод автоматизированы и контролируются
установленными приборами контроля качества очистки. Показания приборов
контроля передаются на диспетчерский пункт
Вход ОС
Выход ОС
Проведенная реконструкция Очистных сооружений и внедрение новых
технологий позволила добиться высоких показателей качества очистки.
16
Степень очистки по азоту аммонийному,%
100
90
80
70
60
N-NH4
50
40
30
20
10
0
2011
2012
2013
Социологический опрос.
Я провел социологический опрос среди учащихся 7,8,9 классов (70 человек)
по следующим вопросам:
1. Задумывались ли вы, куда девается вода, стекающая в канализацию?
Что с ней происходит далее?
2. Можно ли купаться в наших реках?
Результаты опроса таковы:
17
задумывались ли вы , куда девается
вода,стекающая в канализацию?
4%
Да
Нет
96%
Что происходит с водой после ее
попадения в канализацию?
4%
36%
Очищается
Попадает в реки без
очищения
60%
Воздержались
Можно ли купаться в наших реках?
5%
10%
Да
Нет
85%
Воздержались
18
Заключение:
В заключении нашей работы мы делаем следующие выводы:
1.Реконструкция очистных сооружений г. Подольска и внедрение
передовых технологий очистки сточных вод позволила достичь значительного
улучшения качества очистки, что благоприятно скажется на экологии нашего
региона.
2.Автоматизация процессов очистки позволила высвободить
значительное количество персонала, занятого на вредном производстве.
3.Применение новых технологий позволяет экономить энергоресурсы и
достигать высокого качества очистки.
4.
Работа
на
очистных
профессионализма и больших знаний.
сооружениях
требует
высокого
Как мы писали ранее, сточные воды сбрасывались в р. Черный ручей,
которая впадала в реку Пахра, и по результатам лабораторных исследований и
измерений ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Московской области» в
городах Подольск, Климовск, Подольском районе от 28.12.2012 № 601 вода не
соответствовала санитарным нормам и правилам.
После реконструкции очистных сооружений города Подольска в 2012
году по данным Исследовательского Центра Водоканала и анализа
микробиологической лаборатории Водоканала, произошло значительное
улучшение качества сточной воды, которая на данный момент полностью
соответствует санитарно-гигиеническим нормам.
И мы можем порекомендовать жителям города Подольска безопасное
купание в реке Пахра, а также ловлю и употребление в пищу пойманной
рыбы.
Считаю, что цель и задачи нашей
полностью
работы мы
выполнили
19
Список литературы:
1. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес О.В., Шотина К.В. Удаление
фосфора и аммония из сточной воды в сооружениях с повышенными дозами
активного ила // Сб. докладов конгресса “Вода: экология и технология”, 2008.
2. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки
сточных вод на сооружениях с аэротенками. – М.: Акварос, 2003
3Жмур Н.С. Методическое руководство по гидробиологическому и
бактериологическому контролю процесса биологической очистки на
сооружениях с аэротенками. ПНД Ф СБ 14.1.77-96. – М.,1996.
4. Методические рекомендации по проведению оперативного
гидробиологического контроля на сооружениях биологической очистки с
аэротенками. – М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР, 1983
20
Приложение №1
21
Приложение № 2
22
Приложение 3
23