Защита городской среды

Весной 1999 о. региональным ведомством земли Гессен по ОС и геологии проведено обследование 106 коммунальных очистных сооружений на содержание в очищенных стоках средств защиты растений (СЗР). Средняя конц-ия этих токсикантов в стоках ряда сооружений достигала 40 мкг/л, что в 100 раз выше ПДК. На 33 очистных сооружения их концентрация в сбросных стоках составляла 1,6-3,2 мкг/л. Основной причиной сверхнормативного загрязнения стоков этими токсичными, биологически не окисляемыми соединениями является их неправильное использование в сельском хозяйстве. За счет реализации ряда организационных и пропагандистских мероприятий и тщательного контроля за режимом использования СЗР в сельском хозяйстве в 2000 г. удалось несколько снизить валовый объем их сброса в маловодные ручьи и речки земли Гессен.

Исследования связаны главным образом с разработкой оптимальных схем осветления иловой смеси. В лабораторных условиях акт. ил культивировался в реакторах с полезным объемом 1 л, снабженных мешалкой и пневмоаэратором при времени пребывания 5, 10 и 20 сут, величина БПК[5] модельной СВ 2190 мг/л, концентрация биомассы в реакторах 1430, 1110 и 1050 мг/л, соответственно, нагрузка на ил 0,38, 0,24 и 0,13 г БПК[5]/г сут. Установлено, что размеры хлопка акт. ила находились в пределах от 0,8 до 3,2 мм, хлопок в среднем имеет больший размер при меньшем возрасте ила, плотность максимальна для максимального возраста. Скорость осаждения хлопка составила 0,17-0,39 см/с для ила с возрастом 5 сут, 0,27-0,69 см/с для возраста 10 сут и 0,33-0,66 см/с для возраста 20 сут.

Исследования проводились на установке, обслуживающей отдельный коттедж, изучались процесс денитрификации и изменение состава микрофлоры в различных условиях, установка включала 2 параллельные линии. Содержание аммонийного азота составляло в среднем 37,3 мг/л, нитратного 0,42 мг/л, величина ХПК 504 мг/л, БПК[5] 275 мг/л. Пробы отбирались в теплое время года при температуре в среднем 30°C и в холодное при 10°C, в первом случае время пребывания СВ в системе составляло 72 ч, во втором 168 ч. При 30°C содержание анаэробных денитрифицирующих микроорганизмов составляло 3,6*10{4}/мл и аэробных 8,6*10{4}/мл, для 10°C эти же значения 1,4*10{5} и 1,7*10{7}/мл, качество очистки во всех случаях соответствовало нормам.

Данные разработки связаны с необходимостью непрерывного контроля величины ХПК при очистке СВ, применение традиционных методов при этом невозможно в силу затратности, сложности аппаратуры, длительности определений и т. д. Проведены исследования, в которых определялся уровень абсорбции излучения в интервале от 190 до 290 нм для различных органических соединений, при этом также определялись значения корреляции между уровнем спектральной абсорбции и величиной ХПК данных соединений. Установлено, что для волны 254 нм существует устойчивая корреляционная зависимость между суммарными показателями ХПК и степенью поглощения излучения, на этой базе определены коэффициенты спектральной абсорбции. На основании исследований разработана аппаратура для измерения ХПК в режиме “он-лайн”, ее основным элементом является погружной датчик, размещаемый непосредственно в аэротенке или другой точке объекта.

Отмечается, что при отработке в лабораторных условиях процессов биологической очистки СВ как в аэробных, так и в анаэробных условиях, требуется определение значений различных параметров в режиме “он-лайн” или в дискретном режиме. Среди других называются такие параметры, как скорость потребления кислорода, скорость образования водорода (в анаэробном процессе), скорость превращения соединений азота и т. д. В связи с этим предлагается автоматическая система, в которой, например, значения pH, окислительно-восстановительного потенциала и концентрация растворенного кислорода измеряются посредством погружных датчиков, другие соединения определяются в газовой фазе методом хроматографии, данные поступают в ЭВМ, где происходит вычисление значений соответствующих параметров.

Отмечается, что нитраты вызывают поражение кровеносной системы, обладают канцерогенным качеством и т. д. В лабораторных условиях исследовались процессы денитрификации промышленных СВ, содержащих нитраты в количестве 1900 мг/л, аммонийный азот до 10 мг/л, органические соединения отсутствовали. Лабораторная установка включала 2 ступени денитрификации, суммарная емкость каждой 1,0 л, их биоценозы не смешивались, исследования проводились в контактном режиме. В качестве внешнего источника углерода использовалась смесь, в состав которой входили метанол – 60%, ацетон – 10%, изопропиловый спирт – 10%, вода – 20%. Температура смеси в опытах изменялась от 6 до 25°C. Установлено, что с повышением температуры в этих пределах скорость денитрификации возрастает от 0,011 до 0,12 мгN/мг биомассы в сутки, а время пребывания, необходимое для обеспечения требуемого качества очистки, уменьшается с 12,4 до 0,9 сут. Приводятся формулы для расчета некоторых параметров и т. д..

Исследовался процесс очистки СВ от ресторана в системе с иммобилизованной биомассой, при этом в качестве загрузки использовались кольца Палля, отличавшиеся тем, что в результате модификации их пористость была увеличена до 91% (в контрольных образцах этот параметр составлял 67%). Лабораторная установка включала 2 одинаковые, параллельно работающие колонки, одна из них заполнялась экспериментальной загрузкой, другая контрольной, скорость подачи воздуха изменялась от 0,10 до 0,26 м{3}/ч, величина БПК[5] поступающих СВ 350 мг/л. Установлено, что в этих условиях величина массопередачи кислорода в колонне с экспериментальной загрузкой на 20% превышала значения в контроле, при этом скорость переноса кислорода для СВ от ресторана ниже, чем для чистой воды.

Делается вывод, что величина нагрузки на акт. ил весьма существенно влияет на его функциональные качества, в частности, на способность к биоразложению загрязнителей. Предлагается метод оценки физиологического состояния акт. ила в зависимости от нагрузки на аэротенк. Он основан на том, что посредством микроскопирования производится классификация простейших, присутствующих в биоцеонозе, они подразделяются на 5 групп, при этом каждой группе присваивается определенный уровень значимости, величина которого уменьшается от первой группы к пятой. Посредством подсчета определяется количество видов, относящихся к определенной группе, и далее с использованием предложенной формулы производится оценка нагрузки на акт. ил.

Необходимой предпосылкой перехода на замкнутые водооборотные системы в производстве минеральных удобрений является повышение степени очистки сточных вод от соединений фтора. В связи с этим в настоящей работе представлены результаты исследований тонкой очистки сточных вод от фтора на базе карбонатного метода. В результате изучения различных вариантов осуществления технол. процесса установлено, что наиболее глубокая очистка достигается при ее проведении на базе двухстадийной схемы основной очистки без предварительного отделения осадка перед карбонизацией. Изучено влияние основных технол. параметров на степень очистки и химико-технол. свойства осадков. Одним из основных технол. параметров, определяющих процесс тонкой карбонатной очистки, является количество вводимого “известкового молока”. Так, для сточных вод Гомельского хим. з-да оптимальное количество “известкового молока” в условиях опытов составляло 80-100 кг (в пересчете на известь) на 1000 м{3} стоков, что соответствовало величине pH нейтрализации 12-12,5. Мин. содержание фторид-ионов соответствует величине pH карбонизации 7,0-8,5. Однако при pH менее 8,0 наблюдается значительное ухудшение основных химико-технол. свойств образующихся осадков, поэтому рекомендуемая величина pH карбонизации составляет 8,0-8,5. Существенное влияние на эффективность технол. процесса оказывает скорость карбонизации. В частности, снижение скорости подачи CO[2] ведет к возрастанию степени удаления фтора и улучшению химико-технол. свойств осадков. Это является подтверждением адсорбционного механизма процессов, лежащих в основе карбонатного метода доочистки. Результаты заводских испытаний подтвердили данные лабораторных исследований. В частности, при начальном содержании фтора в сточных водах в ходе испытаний от 3011 до 7920 мг/л остаточное содержание фтора колебалось от 0,22 до 0,6 мг/л (по сравнению с 20-25 мг/л по действующей схеме). Практическая реализация разработанного метода тонкой очистки фторсодержащих сточных вод обеспечит возможность стабильного функционирования замкнутого “фторного” водооборотного цикла в производстве фосфорных удобрений и позволит предотвратить “зафторирование” других водооборотных циклов.

Хотя уровень наличия металлов в осадках сточных вод (СВ) в Ирландии, в общем, невысок, требуется дальнейшее улучшение системы утилизации СВ для достижения целей, предложенных в “Директиве ЕС по ООС и, в частности, почвы, когда осадки сточных вод используются в с. х.”. Наряду со строгим контролем за пром. источниками вторичных металлов усиливается постоянный мониторинг характеристик функционирования бытовых источников металлов (т. е. Cd, Cu и Zn). Это отвечает требованиям другой Директивы ЕС “Об очистке городских сточных вод” добиваться снижения уровня наличия металлов в осадках СВ. Известно, что до 96% всех металлов, поступающих на водоочистные сооружения в составе СВ, остается в их осадках. Был проведен анализ 21 вида стиральных порошков, применяемых в домашних хозяйствах страны, как потенциальных источников тяжелых металлов в осадках СВ. Рассматривается методика данного исследования, система отбора проб и образцов для анализа, обсуждаются полученные результаты, также в сопоставлении с подобными данными, полученными в Англии, США и Германии; характеризуется степень вредного воздействия разных металлов в СВ на ОС, особенно кадмия, наличие которого является главным ограничительным фактором использования осадков СВ в с. х..

Делается вывод, что одним из условий увеличения эффективности очистки СВ в аэробном биологическом процессе является нелимитированное снабжение биомассы кислородом, для этого могут быть использованы различные методы. Одним из них является применение в системах аэрирования чистого (технического) кислорода, наряду с этим в реакторе может быть использована загрузка, что соответственно увеличивает площадь контакта кислорода с биомассой. В лабораторных условиях исследовалась схема, которая включала первичный осветлитель (с дозированием реагентов), 1-ю ступень биофильтра, промежуточный осветлитель и 2-ю ступень биофильтра, оба биофильтра снабжены загрузкой с развитой поверхностью, для аэрирования применялся чистый кислород. Средние значения ХПК и БПК[5] городских СВ в экспериментах составили 445 и 212 мг/л, и после очистки 16,8 и 3,95 мг/л соответственно.

В лабораторных условиях исследовалась возможность деструкции устойчивых соединений путем одновременного воздействия на них ряда факторов, в данном случае это микроволновое излучение (частота 2,45 ГГц, мощность от 74 до 621 Вт, степень адсорбции загрязнителем около 50%), и УФ-радиация (источник ртутная лампа, 250 Вт, наиболее интенсивны линии излучения в диапазонах 210-300 и 310-400 нм). Модельным загрязнителем являлся краситель родамин-Б, 0,05 ммоль, проба 150 мл, прокачивалась через реактор (трубка из тефлона, внутренний диаметр 9 мм, длина 2 м) в режиме циркуляции со скоростью 2000 мл/мин, катализатор диоксид титана, доза 300 мг. При экспозиции 60 мин. эффективность удаления родамина-Б составила более 80%.

Указывается, что анилин отличается высокой устойчивостью, токсичен и в условиях очистных сооружений деструкции не поддается. В лабораторных экспериментах исследовалась возможность окисления анилина с использованием реактива Фентона, включающего пероксид водорода и ионы железа(II). Исходные СВ содержали анилин в концентрации 800 мг/л, имели ХПК 3100 мг/л и рН более 11. В экспериментах величина рН изменялась от 1,5 до 7,0, содержание железа(II) от 1,8 до 11 ммоль/л, доза пероксида водорода от 10 до 45 ммоль/л, температура от 10 до 70°C. Установлено, что оптимальные значения этих параметров составляют 3,5, 2,8 ммоль/л, 28 ммоль/л и 35°C, при этом эффективность удаления анилина составила 98% и ХПК 76%.

В исследованиях использовались лабораторная модель (полезный объем 5 л) и пилотная установка, 2,2 м{3}, модель использовалась для определения скоростей процессов нитрификации и денитрификации в контактном режиме. Пилотная установка имела системы аэрирования и перемешивания, разделение иловой смеси производилось посредством мембранного половолоконного погружного фильтра, режим аэрирования в обоих вариантах периодический (нитрификация в аэробной фазе и денитрификация в аноксичной). Поступающая СВ имела в среднем ХПК 414 мг/л, БПК[5] 216 мг/л, общий и аммонийный азот 52 и 41 мг/л, эффективность очистки по данным параметрам 85, 97, 80 и 95% при времени пребывания 6 ч, нагрузке на ил 0,08 кг ХПК/кг биомассы в сутки и концентрации биомассы 11 г/л, скорость нитрификации 3,2 мг NH[4]-N/г акт. ила ч..

Проведено сопоставление 3-х методов очистки промышленных сточных вод от Al, Fe, Ca, Mg, Na, Pb, SO[4]{2-}, NO[3]{-} и Cl{-} с использованием классич. нейтрализации известью, электродиализа и сорбции. Нейтрализация характеризуется образованием больших количеств кеков, содержащих Al(OH)[3], Fe(OH)[3], CaSO[4] и др. соединения. Так, при обработке 1 л стоков получается до 10 кг осадка. Электродиализ эффективен прежде всего для удаления из раствора моновалентных анионов (Cl{-}, NO[3]{-}) с использованием соответствующих селективных анионообменных мембран. При этом с повышением плотности тока степень очистки раствора увеличивается. Для сорбционной очистки стоков от ионов Ме исследовали применение 2-х катионообменных смол, модифицированных тетрабутиламмонием (I) и полиэтиленимином (II). Показано, что смола I наиболее эффективно поглощает ионы Ме с высшей валентностью, а смола II – переходные Ме, за счет образования соответствующих хелатных комплексов.