Методы очистка азот сточная вода
18.5. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА И ФОСФОРА
18.5.1. Очистка от азотсодержащих веществ
Соединения азота находятся в сточных водах предприятий азотной, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, резиновой и др. отраслей промышленности. Содержание азота в сточных водах может колебаться в значительных пределах. Он может находиться в воде в виде нитритов, нитратов, солей аммония, азотсодержащих органических соединений.
Для очистки сточных вод от азота могут быть использованы физико-химические (отдувка аммиака, ионный обмен, адсорбция активным углем с предварительным хлорированием, электролиз, деминерализация — обратный осмос, электродиализ, дистилляция, экстракция), химические (озонирование, восстановление) и биологические (нитрификация и денитрификация) методы. Отдувка аммиака, ионный обмен, нитри- и денитрификация применяются в практике локальной очистки и доочистки сточных вод, остальные методы используются в широком диапазоне концентраций азота.
Для правильного выбора метода очистки необходимо знать формы соединений азота (аммонийный, общий, нитратный, нитритный) и их количество.
Азот в виде аммиака и солей аммония присутствует в сточных водах производства аммиака, карбамида, аммиачной селитры. ПДКв на соединения аммония колеблются от 5 мг/л для хлорнокислого аммония до 0,1 мг/л для роданистого аммония. Имеются сведения о влиянии . на рыб при концентрации его в водоеме 0,006-0,008 мг/л.
Аммиак можно извлечь из воды отдувкой воздухом при рН=10-11,5. Эффективность удаления . зависит от температуры воды; растворимость его увеличивается при понижении температуры, поэтому зимой удаляется 30-50 % . летом до 98 %. Для отдувки воду подщелачивают, например, известью и подают ее на сооружения типа градирен, которые могут быть заполнены насадкой. Воздух с аммиаком пропускается через раствор серной кислоты с целью получения 10 % раствора сульфата аммония или поглощают водой для получения аммиачной воды, используемой в качестве удобрений. При этом аммиак не загрязняет атмосферы.
Эффективен для удаления аммиака метод ионного обмена. Для этого могут быть использованы: вофатит, цеолит, из отечественных катионитов КУ-2. При содержании аммиака в исходной воде 0,2-1,0 г/л
Источник
Методы очистка азот сточная вода
Глубокая очистка сточных вод от соединений
азота и фосфора.
УДАЛЕНИЕ РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ МЕТОДОМ СОРБЦИИ
Эвтрофикация — процесс роста биологической растительности водоемов, который происходит вследствие превышения баланса питательных веществ. При этом повышается температура воды, появляются привкусы и запахи, ухудшается цвет воды, чрезмерно развиваются водоросли, преобладают нежелательные виды планктона и нарушается жизнедеятельность рыб. К ускорению эвтрофикации приводят загрязнения биогенными элементами, которые попадают в водоемы со сточными и дождевыми водами, стоками с сельскохозяйственных полей, из донных отложений и т.д. Установлено, что массовое развитие водорослей в первую очередь происходит при наличии С, N и Р. Поскольку СО 2 поглощается водой из воздуха (причем этот процесс усиливается при высоких значениях рН, характерных для воды в цветущих водоемах), ограничить концентрацию углерода в воде сравнительно трудно. Наиболее целесообразно бороться с эвтрофикацией путем сведения к минимуму концентрации азота и фосфора в сточных водах, сбрасываемых в водоемы.
При наличии свободного диоксида углерода (концентрация которого зависит от бикарбонатной щелочности и рН воды), определенных ВПК и концентрации взвешенных веществ 1 мг азота продуцирует 21 — 25 мг водорослей, а 1 мг фосфора — 40 — 250 мг.
Глубокая очистка сточных вод может исключить попадание N и Р в водоемы, поскольку при механической очистке содержание этих элементов снижается на 8-10%, при биологической — на 35-50 % и при глубокой очистке — на 98-99 %. Кроме того, разработан ряд мероприятий, позволяющих бороться с процессом эвтрофикации непосредственно в водоемах, например искусственное увеличение содержания кислорода с помощью аэрационных установок. Такие установки работают в настоящее время в РФ, Польше, Швеции и других странах. Для снижения роста водорослей в водоемах используют различные гербициды. Однако установлено, что для условий Великобритании стоимость глубокой очистки сточных вод от биогенных веществ будет ниже, чем стоимость гербицидов , затраченных на снижение роста водорослей в водоемах. Существенным для последних является снижение концентрации нитратов, представляющих опасность для здоровья человека. Всемирной организацией здравоохранения предельно допустимая концентрация нитратов в питьевой воде принята равной 45 мг/л или в пересчете на азот 10 мг/л, такая же величина принята по санитарным нормам для воды водоемов. Количество и характер соединений азота и фосфора влияют на общую продуктивность водоемов, вследствие чего они включены в число главных показателей при оценке степени загрязнения водоисточников.
Для удаления азота, находящегося в сточных водах в виде свободного аммиака, солей аммония и нитратов, используются следующие методы: отдувка аммиака; удаление нитратов способом ионного обмена, гиперфильтрации, электролиза; восстановление нитратов до молекулярного азота химическим или биологическим способом (денитрификация).
Метод отдувки аммиака основан на подавлении диссоциации гидроксида аммония в сильнощелочной среде с образованием газообразного аммиака, который можно отдуть воздухом при многократном разбрызгивании сточной воды. Эффективность отдувки аммиака составляет около 90 %. Аммиак удаляют в дегазаторах с деревянной насадкой или в градирнях.
При применении ионообменных фильтров, заполненных селективными смолами, в частности цеолитом, удаление аммонийного азота при скорости фильтрования, равной 14,7 м/ч, составило 90 % при исходном его содержании 16 мг/л.
При денитрификации концентрация аммонийного азота изменяется незначительно. По этой причине необходимо предварительно окислить аммонийный азот в нитриты и нитраты. Реакция осуществляется нитрифицирующими микроорганизмами и протекает в две стадии:
В зависимости от того, в каких сооружениях осуществляются процессы нитрификации и денитрификации, различают одно-, двух и трехстадийные схемы.
При одностадийной схеме устраивают аэротенки с продленной аэрацией, одна секция в которых выделяется для восстановления азота нитратов до газообразного азота (рис.1а). Кроме таких аэротенков при одностадийной схеме возможно устройство контактного стабилизатора, так же разделенного на зоны (рис. 1б); в одной из них происходит окисление аммонийного азота до азота нитритов и нитратов, в другой — восстановление нитратов. По одностадийной схеме работает Монасская станция (город Бостон). Режим работы аэротенка установлен из расчета снижения концентрации азота в очищенных сточных водах на 75 % (при обычном методе аэрации снижение концентрации азота в аэротенке составляет 20 — 50 %). Первая стадия полуаэробного окисления осуществляется в первой секции аэротенка (без подачи воздуха) при минимальной концентрации растворенного кислорода. Окислителем является кислород нитратов очищенных вод, подаваемых в первую секцию из вторичных отстойников. Во второй секции аэротенка окислительный процесс происходит при аэрации. При этом за счет кислорода воздуха завершается процесс нитрификации.
Рис. 1. Одностадийная схема денитрификации
При двухстадийной схеме возможны следующие варианты: аэротенки с продленной аэрацией и изолированным денитрификатором (рис. 6.10, а); контактный стабилизатор с изолированным денитрификатором (рис. 6.10,6); обычный аэротенк и смеситель, которые представляют собой комбинированное сооружение, разделенное на зоны нитрификации и денитрификации (рис. 2) .
Рис. 2. Двухстадийная схема денитрификации
При трехстадийной схеме обработка разделяется на три ступени: аэрация, нитрификация и денитрификация. На рис. 3 представлены модификации трехстадийной схемы, распространенной на ряде станций за рубежом. По варианту I нитрифицированные сточные воды подаются в денитрификатор, затем подвергаются отстаиванию. По варианту II после нитрификации сточные воды подвергаются денитрификации в реакторе, загруженном мелкозернистой насадкой. По варианту III денитрификация осуществляется в денитрификаторах с крупнозернистой загрузкой, после чего сточные воды направляются на фильтры с зернистой загрузкой.
Рис. 3. Трехстадийная схема денитрификации (I — III — номера вариантов)
Трехстадийная обработка требует наибольших капитальных вложений, однако имеет неоспоримые преимущества в смысле надежности, стабильности и простоты действия. Кроме того, эта схема обеспечивает последовательность реакций превращения азотистых соединений в газообразный азот, лучшее удаление углерода, высокую степень нитрификации и денитрификации, что обусловлено использованием изолированной иловой культуры. Удаление углерода с одновременной нитрификацией (см. рис. 1 а и 2 а) требует длительного времени аэрации для нитрификации, что в свою очередь приводит к увеличению объема сооружений.
Говоря о преимуществах трехстадийной схемы обработки сточных вод, следует отметить, что не исчерпаны и недостаточно глубоко изучены возможности одно- и двухстадийных схем.
Как указывалось выше, для процессов денитрификации могут быть использованы резервуары с перемешиванием, а также колонны с насадками из гравийных зерен диаметром 2,5 см или частиц гравия диаметром 2-4 мм. Фильтры-денитрификаторы можно применять в схемах, представленных на рис. 3 (варианты II и III). Кроме того, на некоторых очистных сооружениях фильтры-денитрификаторы устанавливают непосредственно после вторичных отстойников (см. рис. 2 а). Фильтры-денитрификаторы идеально приспособлены для формирования биопленки, заселенной денитрифицирующей микрофлорой, для них характерен малый вынос взвешенных веществ, отсутствует необходимость в рециркуляции сточных вод и активного ила, требуется меньшая продолжительность пребывания сточных вод в сооружении.
Во ВНИИ ВОДГЕО в результате исследований по удалению азота нитратной формы в процессе биохимической денитрификации (Н. В. Кравцова и Е. В. Соколова) установлено, что в зависимости от конструкции фильтра изменяется состав сооружений для осуществления процесса денитрификации. Режим работы гравийных фильтров-денитрификаторов близок к режиму работы биофильтров. По мере работы гравийных фильтров на загрузке развивается биопленка, заселенная денитрифицнрующими микроорганизмами. Частично она выносится потоком жидкости, и поэтому после гравийных фильтров-денитрификаторов необходима установка обычных фильтров.
В кварцевых фильтрах-денитрнфикаторах с загрузкой крупностью 1-2 мм и с подачей воды сверху или снизу после промывки необходимо обеспечить условия для образования биопленки из денитрифицирующей микрофлоры на загрузке. При таком режиме работы фильтров необходимо иметь питомник денитрифицирующего ила с тем, чтобы после каждой промывки подавать в фильтр определенное число денитрификаторов или ставить промытый фильтр на созревание микрофлоры.
Глубокая очистка концентрированных азотсодержащих сточных вод в пленочных денитрификаторах
Сточные воды, содержащие значительное количество азота нитратной формы, перед подачей на общие очистные сооружения целесообразно подвергать обработке на локальных установках. Для этой цели могут быть использованы аппараты с контактной средой, в частности, пленочные фильтры-денитрификаторы конструкции ВНИИ ВОДГЕО.
Пленочные денитрификаторы (рис. 4), работающие по принципу биофильтров, могут применяться для очистки сточных вод с широким диапазоном исходных концентраций нитратного азота. При концентрациях, не превышающих 500 мг/л , используется одноступенчатая схема обработки, при концентрациях 500-1000 мг/л рекомендуется двухступенчатая схема, которая состоит из денитрификатора I ступени, где происходит снижение концентрации нитратного азота до 350-500 мг/л , и денитрификатора II ступени, где концентрация снижается до требуемых пределов. Для обеих ступеней могут быть использованы одинаковые сооружения. Продолжительность пребывания сточных вод в пленочных денитрификаторах 2-3 ч.
Рис 4 . Пленочный денитрификатор
1 — подача исходной воды; 2 — распределительная система; 3- водослив: 4- поливинилхлоридные пленки; 5- зона осветления: 6- отстойная зона; 7- выпуск осадка
В качестве контактной среды используются пластмассовые рулонные материалы (пленки винипластовые каландрированные, перфорированные, гофрированные и т. д.), стоимость которых составляет 7,2- 13,1 руб/м 3 изделия. Основным преимуществом использования этих материалов является возможность установки их в аппарате по направлению движения воды. Это не препятствует нормальному росту денитрифицирующей биопленки и способствует смыву ее избыточного количества, чем исключается специальная регенерация загрузки.
Глубокая очистка сточных вод от соединений фосфора
При концентрации фосфора в воде водоема менее 0,001 мг/л эвтрофикация не наблюдается. Величина допустимой концентрации фосфора в сточных водах зависит от разбавления сточных вод в водоеме, фоновой концентрации в нем фосфора, наличия прочих источников фосфатов в сточной воде и обычно принимается равной 0,01-0,1 мг/л .
Основным источником фосфора в производственных сточных водах являются синтетические ПАВ. Концентрация фосфора в таких сточных водах может быть различной в зависимости от назначения воды в промышленности. Большая часть фосфора находится в сточной воде в растворенном состоянии.
Среди различных методов биологическая очистка производственных сточных вод в аэротенках, по-видимому, является наиболее эффективной для снижения содержания фосфора. Остаточное количество фосфора после обработки в аэротенках и вторичных отстойниках может быть удалено на скорых фильтрах с обработкой сточных вод химическими реагентами — солями алюминия и железа, полиэлектролитами. Расходы реагентов определяются опытным путем. Наименьший расход реагентов наблюдается при введении их в биологически очищенные сточные воды перед скорыми фильтрами путем использования метода контактного коагулирования.
При загрязнениях, характерных для бытовых сточных вод (содержание общего фосфора 15-20 мг/л в пересчете на РО 3- 4 , фосфатов 7-9 мг/л ), введением максимально допустимых доз коагулянта снижают содержание фосфора на 90 %; остаточное содержание фосфора в очищенной воде в этом случае составляет 2-3 мг/л , а фосфатов — 0,2- 0,4 мг/л . Одновременно с этим благодаря коагулированию достигается весьма высокая эффективность глубокой очистки: содержание взвешенных веществ в фильтрате 3 мг/л , снижение БПК 5 до 60-80 % и ХПК до 40-60 %.
Лучшим реагентом для химико-биологического извлечения фосфора считается сернокислый алюминий. При использовании этого коагулянта помимо удаления фосфора достигается более полное удаление бактерий, чем при применении других коагулянтов. При этом величина рН остается в пределах нормы для биологической очистки сточных вод.
В качестве коагулянтов при введении их перед аэротенком можно применять отходы производств, содержащие двухвалентное железо.
Добавление в аэротенк кислых растворов солей трехвалентного алюминия, или железа может разрушить активный ил, если в результате гидролиза алюминия щелочность воды снизится до, нуля, поэтому для сточных вод с низкой щелочностью рекомендуется их подщелачивание. Учитывая, что нитрификация снижает щелочность, биологический процесс очистки сточных вод, сочетающийся с химическим осаждением фосфора, в низкощелочных водах рекомендуется вести до стадии нитрификации.
В НИИ КВОВ разработаны технологические схемы очистки сточных вод от соединений фосфора с введением коагулянта.
Опыты показали, что доза реагента зависит от начальной концентрации фосфора в сточных водах. При содержании фосфора до 10 мг/л необходимая доза реагента должна отвечать соотношению А1 : Р =1 : 1 , при содержании фосфора в исходных сточных водах более 10 мг/л доза реагента должна быть увеличена в 1,5 раза.
С увеличением концентрации фосфора в поступающей сточной воде эффективность его химического осаждения понижается и стабилизируется при значении 10 мг/л — Стабильная величина составляет 70 % при добавлении реагента в соотношении А1 : Р = 1 : 1 и 80 % при увеличении его дозы в 1,5 раза. Процесс химического осаждения фосфора протекает в течение первых 4-6 ч контакта, что вполне согласуется с продолжительностью обработки сточных вод в окислителе и денитрификаторе.
При начальной концентрации фосфора более Ср =10 мг/л та же самая эффектность по его удалению достигается при одновременном введении реагента в окислитель в соотношении А1 : Р = 1 : 1 и в денитрификатор в соотношении А1 : Р = 0,2 : 1 . Общая доза реагента составляет С A1 =1,2Ср и уменьшается на 20% по сравнению с дозой с а1 = 1,5Ср при введении только в окислитель.
При комплексном решении схемы удаления биогенных элементов из сточных вод реагент предлагается подавать только в денитрификатор. При этом его доза должна отвечать соотношению А1 : Р = 0,5 : 1 .
На эффективность процесса биологического окисления органических соединений присутствие коагулянтов для удаления фосфора в аэротенках в указанных дозах не влияет.
Сравнение микробиологической картины активных илов из аэротенков с обычным режимом работы и при добавлении сернокислого алюминия позволяет утверждать, что добавление а1 2 (S0 4 ) 3 к сточным водам существенно не влияет на микробиологический состав активного ила, а различие микробиологических систем заключается в том, что в обычном аэротенке бактерии находятся в диспергированном состоянии, тогда как в аэротенке с добавкой алюминия в коалесцированном, что повышает эффективность снижения концентрации бактерий Coli.
Для расчета сооружений рекомендуется принимать скорости окисления органических загрязнений в нитрификаторе с учетом кислорода, необходимого на нитрификацию и денитрификацию, соответственно 22 и 8,9 мг/л беззольного вещества в час.
Глубокая очистка сточных вод от азота методом ионообмена на цеолитах
При удалении азота в аммонийной форме целесообразно применять фильтрование сточной воды через цеолитовую загрузку. Цеолиты, представляющие собой алюмосиликаты — минералы по происхождению, получают искусственно. Ионообменная способность цеолитов по NH 4 -N достигает 500-700 мг-экв/кг . Степень удаления аммонийного азота составляет 90-97 %.
Рис. 5. Схема глубокой очистки сточных вод с применением цеолитовых фильтров
1 — подача биологически очищенной воды; 2 — барабанная сетка; 3 — приемный резервуар; 4 — насос: 5- входная камера; 6, 7- соответственно песчаный и цеолитовый фильтр; 8- подача раствора серной кислоты; 9, 11 — градирня соответственно для отдувки и нейтрализации аммиака ; 10, 15 — удаление осадка на обработку; 12 — отвод воды в систему производственного водоснабжения; 13 — смеситель; 14- отстойник промывочного раствора; 16- затворный и растворный резервуары поваренной соли; 17 — расходный резервуар поваренной соли; 18 — резервуар промывной воды; 19- расходный резервуар коагулянта; 20- затворный резервуар коагулянта.
Расчетные параметры ионообменной установки: скорость фильтрования 5-7 м/ч , высота фильтрующего слоя 2 м , продолжительность фильтроцикла 5-7 сут .
Загрузка цеолитовых фильтров периодически взрыхляется водой и регенерируется раствором поваренной соли. Скорость движения раствора при регенерации загрузки 2 м/ч , а продолжительность регенерации 2 ч . Соль загружается в затворный бак из автотранспорта и заливается водой до 25 %- ной концентрации, затем раствор разбавляется в расходном баке до 10%- ной концентрации, откуда подается на фильтры. Требуемое количество 10 %- ного раствора соли: 40 частей на 1 часть по объему цеолита.
После регенерации загрузка промывается водой. Промывочный раствор отстаивается, осадок в виде карбоната кальция удаляется, а жидкость подается на градирню, где отдувается аммиак, который направляется затем для нейтрализации в градирню, орошаемую раствором серной кислоты. Применение цеолитовых фильтров обеспечивает более глубокую степень и надежность очистки сточных вод от азота по сравнению с другими способами при равных или несколько больших капитальных расходах и эксплуатационных затратах.
Глубокая очистка сточных вод методом сорбции
Глубокая очистка сточных вод методом сорбции активированными углеродсодержащими сорбентами в комплексе с механической, физико-химической или химической очисткой позволяет удалить из сточных вод органические биохимически неокисляемые растворенные примеси.
Основными узлами технологической схемы обработки сточных вод активированным углем являются адсорберы, обеспечивающие его контакт со сточными водами, и система гидравлического перемещения угля, с помощью которой отработанный уголь подается в печь на регенерацию. Регенерированный уголь возвращается обратно в адсорбер.
Адсорберы могут быть с подвижной (по принципу противотока сточная вода подается снизу, а уголь — сверху) и неподвижной загрузкой, когда адсорберы работают в условиях нисходящего потока сточной воды. Как правило, несколько адсорберов соединены последовательно, поэтому сточная вода в начале контактирует с более загрязненным углем.
Термическая регенерация угля позволяет осуществить до 10- 20 последовательных циклов «насыщение — регенерация». Потери угля на истирание составляют примерно 5% за один цикл. Для глубокой очистки сточных вод используются отечественные активированные гранулированные угли марок АГ-3, АР-3, БАУ.
Схема глубокой адсорбционной очистки городских биологически очищенных сточных вод с целью их повторного использования в производственном водоснабжении Первомайского химического комбината представлена на рис. 6. В качестве сорбента используется микропористый активированный антрацит с зернами размером 0,25-1 мм .
Рис. 6. Схема адсорбционной доочистки с использованием
Потоки: I — сточная вода на очистку; II — регенерированный антрацит; III — активированный антрацит; IV- сточная вода на ионообменные фильтры; V — свежий антрацит на активацию; VI — водяной пар; VII — природный газ; VIII- дымовые газы; 1 — адсорбер; 2,3- печь соответственно регенерации и активации антрацита
Сточная вода поступает в нижнюю часть адсорбера, активированный антрацит — в верхнюю его часть. В процессе контакта воды и антрацита на нем адсорбируются органические загрязнения. Очищенная вода из верхней части адсорбера отводится на ионообменные фильтры для глубокой очистки от растворенных загрязнений, находящихся в воде в ионной форме, а затем поступает в систему производственного водоснабжения комбината.
Отработанный антрацит отводится из нижней части адсорбера на регенерацию, которая происходит под воздействием раскаленных ( 600- 700 °С) газов, отходящих из печей активации (утилизация их теплоты повышает экономичность процесса). Органические загрязнения при этом выгорают, антрацит вновь обретает адсорбционную способность и возвращается в адсорбер. Активация антрацита происходит при температуре 800-900 °С в специальной печи под воздействием дымовых газов и водяного пара.
Преимуществом активированного антрацита, по сравнению с традиционными активированными углями, является в 1,5 раза большая пористость, поэтому потребность в нем в 2-8 раз меньшая; а продолжительность адсорбции снижается в 1,5-2 раза.
Кроме того, активированный антрацит можно добавлять в адсорберы в сухом виде: в течение 1 мин он, пропитавшись водой, оседает на дно.
Для использования гранулированного активированного угля в подобных аппаратах требуется дозировать его в виде суспензии. При транспортировании последней по трубопроводам возрастают потери угля за счет истирания.
За рубежом имеется значительный опыт глубокой сорбционной очистки сточных вод. Например, в штате Калифорния (США) работает установка производительностью более 35 тыс. м/сут. Продолжительность контакта воды с активированным углем на этой установке 15- 45 мин; ХПК сточных вод снижается с 10-18 до 1-6 мг/л , содержание ПАВ — с 1,1-2,9 до 0,002-0,05 мг/л ; в очищенной воде БПКполн составляет менее 1 мг/л; Р0 3- 4 — Р не превышает 0,1-1 , a N0 1- 3 0-N менее 2 мг/л . Уголь регенерируют в многоподовых печах.
Источник
