авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

«АКАДЕМИЯ НАУК МОЛДОВ Ы ИНСТИТУТ ЗООЛОГИИ На правах рукописи УДК: ...»

-- [ Страница 4 ] --

Концентрация NO2- мг/л N 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII р. Бык до ОС р. Бык после ОС Рис. 4.14. Концентрация азота нитритов в реке Бык до и после выпуска очищенных сточных вод муниципия Кишинэу (SEB, 2009, n = 24) Как следует из графического анализа, максимальная концентрация азота нитритов приходится на летние месяцы, когда температура воды в реке Бык оптимальна для первой стадии процесса нитрификации (22 – 25°С). Концентрация азота нитритов в очищенном стоке незначительна по сравнению с водоемом (Рисунок 4.16), а концентрация аммо нийного азота достаточно высокая (Рисунок 4.12), поэтому условия для второй стадии нитрификации в реке ухудшаются после выпуска очищенных сточных вод независимо от естественных сезонных колебаний соединений азота в водоеме.

В базе данных экспертной системы с показателем «азот нитритов», по нашему мнению, должны быть связаны следующие параметры:

20 - 25С – оптимальная температура иловой смеси для обеспечения нитритной стадии процесса нитрификации в условиях биокомплекса SEB;

9С – ограничивающий фактор внешней среды, при котором скорость первого этапа нитрификации в обрабатываемом стоке снижается несмотря на нормальный режим остальных технологических параметров;

6С – лимитирующий фактор внешней среды, при котором процесс нитрификации в системе «аэротенк - вторичный отстойник» останавливается даже при нормаль ном режиме эксплуатации биокомплекса;

50 мг СВО20/г – удельная нагрузка на активный ил (по сухому веществу), при которой может быть обеспечена глубокая минерализация органического субстрата и полная нитрификация аммонийного азота;

200 мг СВО20/г – удельная нагрузка на активный ил (по сухому веществу), при которой полная минерализация органического субстрата становится проблематичной, а процесс нитрификации аммонийного азота может быть обеспечен лишь частично (первая стадия);

1,0 – 1,8 мг/л – минимальный уровень содержания растворенного кислорода в иловой смеси для «запуска» первой стадии процесса нитрификации;

7,0 – 8,2 – оптимальный диапазон значений рН обрабатываемого стока для функционирования нитрифицирующих бактерий первой стадии нитрификации;

4 – 8 дней – возраст активного ила, необходимый для накопления нитрифици рующей микрофлоры первой стадии;

0,08 мг/л N – допустимая концентрация азота нитритов в контрольных пробах очищенного стока на выходе SEB (LAD, Таблица 3.2.1).

Суммарное содержание азота нитрит- и нитрат-ионов (NO2 + NO3) в городских сточных водах, поступающих на очистку SEB, обычно не превышает 1,00 мг/л N (Рисунок 4.15). В очищенном стоке соотношение азота нитритов и нитратов меняется в зависимости от того, насколько эффективно прошел процесс биоокисления аммонийного азота (Рису нок 4.16). При технологическом регламенте работы сооружений на полную очистку с нитрификацией содержание нитратов в очищаемом стоке увеличивается за счет второй стадии процесса нитрификации, которую в данных условиях обеспечивают аэробные хемолитоавтотрофные бактерии родов Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira, Nitrocystis [125, с. 458]. Окисление NO2 до NO3 катализирует молибденсодержащий фермент нитрит оксидаза, процесс протекает на внутренней стороне ЦПМ и схематически может быть представлен уравнением: NO2 + O NO3 + 48 ккал [81, с. 199].

Концентрация, мг/л N Азот нитратов Азот нитритов 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Рис. 4.15. Концентрация азота нитрит- и нитрат-ионов в сточных водах, поступивших на очистку (SEB, 2009, n = 72) Концентрация, мг/л N Азот нитратов Азот нитритов 1. 1. 0. 0. 0. 0. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Рис. 4.16. Концентрация азота нитрит- и нитрат-ионов после биохимического этапа очистки сточных вод (SEB, 2009, n = 72) Нитрификаторы второй стадии еще более чувствительны к условиям среды обитания. Оптимальная концентрация растворенного кислорода составляет 3,0 – 3,5 мг/л.

Лимитирующими факторами являются как кислая, так и щелочная среда, в том числе – недиссоциированный аммиак, который ингибирует процесс. Оптимальный диапазон рН среды для данной группы нитрифицирующих бактерий достаточно узкий – от 7,0 до 7,6. С другой стороны, бактерии второй стадии нитрификации менее чувствительны к токсикантам и быстрее воспроизводятся, чем нитрификаторы первой стадии. Поэтому ограничивающим фактором биотрансформации аммонийного азота в азот нитритов и нитратов в большинстве случаев становится первая стадия нитрификации [156, с. 11].

Соотношение концентраций NO2 и NO3 в очищенном стоке зависит от многих факторов, среди которых самыми важными являются нагрузка на активный ил, его возраст и условия эксплуатации биокомплекса. На содержание нитратов в очищенной сточной жидкости могут оказать влияние и процессы денитрификации, которые в той или иной степени осуществляются на этапе биохимической очистки. Сущность процессов, протекающих при денитрификации, отражают следующие уравнения химических реакций:

нитратредуктаза редуктаза окиси азота NO- +2e- +2H+ NO- +H2 O (4.2) 2NO+2e- +2H+ N2 O+H2 O (4.4) 3 нитритредуктаза редуктаза закиси азота NO- +e- +H+ NO+OH- (4.3) N2 O+2e- +2H+ N2 +H2 O (4.5) В бактериальном ценозе сточных вод и активного ила обнаружено много бактерий хемогетеротрофов, способных осуществлять процесс денитрификации: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Proteus, Alcaligenes, Neisseria, Achromobacter и др. (Spieck E., Bock E., 2004) [36, р. 139]. Денитрифицирующие бактерии - факультативные аэробы и анаэро бы: при достаточном количестве кислорода в среде обитания окисляют органические соединения как аэробные гетеротрофы и только в условиях дефицита кислорода восстанавливают нитриты и нитраты, которые используют в качестве акцепторов электронов. При денитрификации на 1 мг азота нитритов выделяется 1,73 мг кислорода, на 1 мг азота нитратов – 2,86 мг кислорода [180, с. 174]. Для того, чтобы в биосистеме шли процессы денитрификации, необходимы следующие условия: наличие легкоокисляемого органического субстрата, дефицит растворенного кислорода (менее 2 мг/л), присутствие окисленных соединений азота – нитритов и нитратов. Денитрификация может идти при температуре от 5 до 50°С, при этом оптимальный диапазон составляет 10 – 35°С.

Диапазон витальных значений водородного показателя среды достаточно широкий – от 7,0 до 9,0. К токсическому действию поллютантов денитрификаторы менее чувствительны, чем нитрификаторы [81, с. 210]. Диапазон оптимальных температур денитрифицирующих бактерий определяет специфику процессов нитри- и денитрификации в условиях зимних биоценозов, когда жизнедеятельность нитрификаторов первой фазы подавлена.

Процесс одновременной нитри-денитрификации присутствует на всех сооружениях биохимической очистки сточных вод. На уровне микропроцессов одновременная нитри денитрификация развивается в хорошо сформированном зрелом активном иле, где на поверхности хлопьев условия аэробные, а внутри хлопка концентрация кислорода может быть настолько низкой, что факультативные аэробы и анаэробы переходят в этих зонах на нитратное дыхание (минерализуя при этом легкоокисляемые органические вещества). На уровне макропроцессов одновременная нитри-денитрификация может осуществляться в условиях рассредоточенного поступления очищаемого стока в аэротенк-смеситель, чем обеспечивается циклическое чередование зон с разной концентрацией активного ила, сточной жидкости и растворенного кислорода.

Графическая оценка процессов нитри-денитрификации по результатам планового лабораторного контроля SEB представлена на Рисунке 4.17. Специфика накопительной гистограммы редактора электронных таблиц MS Excel позволяет оперативно оценить эффективность нитрификации без громоздких расчетов кинетики процесса по любой выборке данных (ежедневных, среднемесячных и т. д.) для сопоставления с гидробио логической оценкой состояния биосистемы. На представленном графике эффективность нитрификации составляет 80 %. Как следует из таблицы на Рисунке 4.17, суммарная концентрация азота нитрит- и нитрат-ионов в обрабатываемом стоке повышается в процессе биохимического этапа очистки в среднем с 0,23 до 1,10 мг/л N. Следовательно, рассчетная эффективность нитрификации составляет 79 %, что практически совпадает с графической оценкой показателя. С таким уровнем нитрификации (60 – 80 %) работают в настоящее время многие очистные сооружения городских сточных вод, введенные в эксплуатацию по нормативам СНиП II-32-85.

Суммарная концентрация нитритов и нитратов, мг/л N: до БО после БО нитрификации, % 100% Эффективность 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII после БО 1.137 0.938 1.170 1.059 1.090 1.026 1.145 0.902 1.089 1.103 1.200 1. до БО 0.241 0.211 0.203 0.245 0.217 0.247 0.218 0.235 0.207 0.244 0.272 0. Рис. 4.17. Оценка эффективности процессов нитри-денитрификации биохимического этапа очистки сточных вод (SEB, 2009, n = 48) В условиях глубокой очистки на полную нитрификацию, при которой содержание азота нитратов в очищенном стоке достигает 2 – 3 мг/л N, процессы денитрификации во вторичных отстойниках создают серьезные технологические проблемы: выделяющийся азот провоцирует всплывание хлопьев ила и вынос его из системы. Для SEB данная проблема не актуальна, поскольку сооружения не работают в настоящее время на полную нитрификацию. Как было показано, эффективность нитрификации составляет 75 – 80 %, что обеспечивает снижение концентрации аммиака и аммонийного азота в пределах 30 – 45 % (Рисунок 4.12). Таким образом, действительно актуальной проблемой для станции является обеспечение нормативной эффективности удаления аммонийного азота. Но именно эту проблему удается решать сочетанием процессов нитри- и денитрификации. По опубликованным данным, оптимизация технологических режимов по увеличению возраста активного ила до 10 – 12 суток и обеспечение процесса одновременной нитри денитрификации позволяют повысить эффективность удаления аммонийного азота до 94 % [55, с. 108]. Более того, оптимизация процессов одновременной нитри-денитрифи кации позволяет экономить до 20 – 30 % электроэнергии, затрачиваемой на аэрацию, за счет использования в технологическом процессе нитратного дыхания хемоорганогетеро трофной микрофлоры в условиях дефицита кислорода [148, с. 12].

Действующий норматив азота нитратов при сбросе очищенных сточных вод в реку Бык составляет 9,1 мг/л N (LAD), что практически совпадает с нормативом SHS для природных водоемов – 9,0 мг/л N (СМА). На Рисунке 4.18 представлены результаты мониторинга реки Бык, проведенного в пределах муниципия Кишинэу по десяти кон трольным точкам отбора: от станции Вистерничены до поселка Флорены. Статистический анализ результатов мониторинга по показателям «азот аммонийный» и «азот нитратов»

позволяет утверждать, что эффективность процесса нитрификации в реке Бык после приема очищенных сточных вод (точки отбора 7 – 10) снижается в среднем на 50 %.

Причиной этого, по нашему мнению, служит резкое увеличение концентрации аммоний ного азота и поступление в реку вместе со сбрасываемым стоком огромной массы гетеротрофных бактерий (из технологического процесса исключен этап обеззараживания), которые становятся конкурентами автохтонной нитрифицирующей микрофлоры в борьбе за растворенный кислород.

16. Концентрация, 14. Азот аммонийный 12. мг/л N 10.0 Азот нитратов 8. 6. 4. 2. 0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Точки отбора проб р. Бык: Вистерничены Флорены Рис. 4.18. Концентрация аммонийного азота и азота нитрат-ионов по результатам мониторинга реки Бык в пределах муниципия Кишинэу (SEB, 2007, n = 10) В базе данных экспертной системы с показателем «азот нитратов», по нашему мнению, должны быть связаны следующие параметры:

7,0 – 7,6 (ед. рН) – оптимальная реакция среды нитрифицирующих бактерий второй стадии нитрификации, при которой происходит биотрансформация азота нитритов до азота нитратов;

3,0 – 3,5 мг/л – уровень содержания растворенного кислорода в иловой смеси, оптимальный для функционирования микрофлоры нитратной стадии процесса нитрификации;

1,71 – коэффициент связывания кислорода при образовании NO2;

2,85 – коэффициент связывания кислорода при образовании NO3;

75 – 80 % – реальная эффективность процесса нитрификации в условиях SEB, рассчитанная по изменению суммарной концентрации азота нитрит- и нитрат-ионов в обрабатываемом стоке до и после биохимической очистки;

7,0 – 9,0 (ед. рН) – диапазон значений реакции среды, в которой могут развиваться денитрифицирующие бактерии, обеспечивающие минерализацию органического субстрата и удаление окисленных форм азота в условиях дефицита кислорода;

2,0 мг/л – кислородный режим, при котором денитрифицирующие бактерии переходят на нитратный тип дыхания, обеспечивая процессы денитрификации;

10 – 35°С – оптимальная температура иловой смеси, при которой могут идти процессы денитрификации в условиях биохимической очистки сточных вод;

9,1 мг/л N – допустимая концентрация азота нитратов в контрольных пробах очищенной сточной жидкости на выходе SEB (LAD, Таблица 3.2.1).

оценка эффективности процессов нитрификации и денитрификации для любого уровня лабораторного контроля (ежедневного, декадного, среднемесячного) по суммарной концентрации показателей «азот нитрит-ионов» и «азот нитрат-ионов»

до и после биохимической очистки (Рисунок 4.17).

Азот общий – суммарное содержание всех присутствующих соединений азота: к результату определения азота общего по Кьельдалю (азот органических соединений и азот аммонийных солей) прибавляют результаты определения в той же пробе азота нитритов и нитратов. Данный показатель является важной характеристикой баланса азота в техно логии биологической очистки сточных вод. Как было отмечено выше, в суммарном количестве азотсодержащих веществ хозяйственно-бытовых сточных вод 80 – 90 % приходится на долю аммонийного азота. Для характеристики азотного баланса смешанного стока муниципия Кишинэу были обработаны результаты 24 проб планового технологического контроля 2010 – 2011 гг. На Рисунке 4.19 представлен сравнительный анализ общего и аммонийного азота в стоках, поступивших на очистные сооружения в анализируемый период, с расчетом процентного содержания азота аммонийных солей в суммарной оценке азота. Как показывает графический анализ, содержание аммиака и ионов аммония в муниципальном стоке колеблется в пределах 50 – 70 %, следовательно, органическая компонента в суммарном показателе «азот общий» может составлять от до 50 %. Поскольку технологических производств сложного органического синтеза в муниципии нет, этот компонент сточных вод поступает от предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности.

80 Концентрация, мг/л N R = 0. % содержание NH4+ 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Азот общий Азот NH4 % содержание NH4 в общем азоте Рис. 4.19. Соотношение общего и аммонийного азота в сточных водах муниципия Кишинэу (SEB, 2010 – 2011, n = 24) Оценить способность биосистемы очистных сооружений к биотрансформации соединений азота помогает расчет нитрификационного потенциала (nitrificare potenial, NP), который в применении к очистке сточных вод понимают как отношение суммарного количества биоокисляемых органических загрязнений к суммарному содержанию азота:

NP = БПК5/Nобщ [81, с. 213]. Расчет выполнен в рамках той же выборки данных (24 пробы).

Для каждой из рассмотренных проб был рассчитан NP, ранжирован по степени возраста ния и сопоставлен с качеством очистки по БПК5 (Рисунок 4.20).

94. очистки по БПК5, % 93. Эффективность 92. R = 0. 91. 90. 89. 88. 87. 86. 85. 84. 83. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 4. 4. 4. 4. 4. 4. 4. 4. 4. 4. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 7. 7. 7. Нитрификационный потенциал: БПК5/Nобщ Рис. 4.20. Корреляция эффективности очистки по БПК5 и нитрификационного потенциала сточных вод муниципия Кишинэу (SEB, 2010 – 2011, n = 24) Рабочая норма эффективности биохимического этапа очистки для SEB, как было показано выше, составляет 90 % в условиях хорошо адаптированного биоценоза актив ного ила. Для выяснения корреляционной связи между эффективностью очистки и уровнем нитрификационного потенциала очищаемого стока были отобраны ситуации с различным состоянием биоценоза и различным уровнем технологических параметров, таких как растворенный кислород, концентрация активного ила, нагрузка на ил по органическому веществу. Значение NP 3.9 (Рисунок 4.20) характеризует системы с низкой нагрузкой и полной нитрификацией, что не характерно для SEB: на графике ситуация представлена единичным результатом с эффективностью биоокисления 93 %.

Диапазон значений 4.0 NP 4.9 характеризует биосистемы, которые обеспечивают хорошее окисление органического субстрата с последующей нитрификацией. Для SEB данный диапазон соответствует нормативной очистке по БПК5 (эффективность составляет 88 – 92 %), которую обеспечивает биоценоз активного ила, хорошо адаптированный к составу сточных вод. В этот диапазон попадают 33,3 % обработанных результатов.

Диапазон значений 5.0 NP 6.0 характеризует системы с удовлетворительным уровнем окисления органического субстрата и низкой способностью к нитрификации. Для SEB в данном диапазоне нормативная очистка по БПК5 становится проблематичной (эффективность снижается до 86 – 88 %). В этих условиях изменения в активном иле диагностируются еще только на уровне физиологического состояния особей, что может быть отрегулировано технологическими параметрами эксплуатации биосистемы.

Большинство обработанных результатов – 37,5 % находится именно в этом диапазоне.

Диапазон значений 6.0 NP 7.0 теоретически характеризует плохие условия для нитрификации в биосистеме, но очень хорошие – для денитрификации [65, с. 213]. В реальных условиях SEB денитрификация технологически не обеспечена в такой степени, чтобы извлекать все положительные стороны этого процесса, поэтому в этом диапазоне значений NP нормативная очистка стоков по БПК5 не гарантирована (84 – 86 %). В диапазон попало 20,8 % обработанных результатов. Для состояния биосистемы в данном режиме эксплуатации характерны высокие нагрузки на активный ил, низкая концентрация растворенного кислорода. При хроническом «застревании» в таких условиях биоценоз к ним адаптируется, но структура сообщества будет ограничена минимальным количеством трофических уровней, который составляют гетеротрофные бактерии и простейшие с сапрозойным типом питания. Среди обработанных данных есть результат с NP 7.0, который находится на нижней границе линии регрессии. Крайне неблагоприятные условия для нитрификации, но ситуация единичная, поэтому не характерна для данных сооружений так же как и единственный результат с NP 3.9.

Показатель «азот общий» не регламентируется ни «Типовыми правилами о приеме сточных вод в системы канализации» [157], ни предельно-допустимым сбросом (LAD, Таблица 3.2.1), но очень жестко нормируется постановлением HG RM № 1141: для населенных пунктов с популяционным эквивалентом более 100.000 (для муниципия Кишинэу, как было показано выше, р.е. составляет 760.000) содержание общего азота в очищенном стоке, сбрасываемом в природный водоем, не должно превышать 10 мг/л N или минимальный % снижения по отношению к содержанию в поступившем стоке должен составлять 70 – 80 % [12]. В настоящее время эффективность снижения составляет 45 – 60 %. Учитывая, что 50 – 70 % суммарного содержания азота в сточных водах муниципия составляет аммиак и ионы аммония, решение проблемы нормативного удаления аммонийного азота в процессе биохимического этапа очистки создаст необходимые условия для снижения показателя «азот общий» в очищенном стоке. Таким образом, в базе данных экспертной системы с этим показателем, по нашему мнению, могут быть связаны следующие параметры:

50 – 70 мг/л N – реальная концентрация суммарного содержания азота в поступающих на очистку сточных водах муниципия Кишинэу;

60 % – соотношение аммиака и азота аммонийных солей в суммарном содержании азота, характерное для сточных вод муниципия;

4,0 – 6,0 – значение нитрификационного потенциала основной массы (70 %) сточных вод, при котором нормативная очистка по БПК5 может быть гарантиро вана созданием адекватных условий для устойчивого функционирования биоценоза активного ила SEB;

70 – 80 % – минимально допустимый уровень снижения показателя «азот общий»

(по отношению к исходному значению) в очищенном стоке на выходе SEB (HG RM №. 1141).

Соединения фосфора в бытовых сточных водах могут присутствовать в виде ортофосфатов, полифосфатов и органического фосфора. Еще недавно от 30 до 50 % этих загрязнений составляли продукты метаболизма человека [102, с. 49]. В последнее деся тилетие массовое использование синтетических моющих средств стало основным источником постоянно возрастающего загрязнения бытовых сточных вод фосфатными компонентами детергентов. В систему городской канализации муниципия Кишинэу фосфорсодержащие загрязнения поступают также со стоком предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности (ни на одном из которых уже давно не функ ционируют локальные очистные сооружения) – мясного, молочного, пивоваренного, винодельческого и других производств. Соединения фосфора могут находиться в сточной жидкости в различных состояниях: растворенном, коллоидном и взвешенном. Основная масса ортофосфатов и полифосфаты находятся в жидкой фазе обрабатываемого стока, которая поступает в аэротенки и участвует в биохимических процессах. Нерастворимые соединения фосфора (фосфаты кальция, магния), связанные со взвешенными структурами, извлекаются на стадии механического отстаивания и в процессе биохимической трансформации фосфора не участвуют. Нерастворимые соединения фосфора, присут ствующие в жидкой фазе очищаемого стока, адсорбируются активным илом, в биохи мической трансформации не участвуют, при попадании в природный водоем депони руются в донных отложениях [81, с. 214].

В аэробных условиях аэротенка ортофосфаты (PO43-, HPO42-, H2PO4-) и поли фосфаты (MenPnO3n, Men+2PnO3n+1, MenH2PnO3n+1) используются гидробионтами активного ила в процессах конструктивного и энергетического метаболизма. Установлено, что минерализацию органических соединений фосфора в сточной жидкости осуществляют бактерии родов Moraxella, Mycobacterium, Klebsiella, Enterobacter и др (Leslie Grady C. at all., 1999). Некоторые виды бактерий в аэробной среде способны накапливать фосфор внутри клеток в виде полифосфатных гранул. Было доказано, что такой способностью обладают и бактерии родов Pseudomonas, Aerobacter, Beggiatoa, Escherichia, Acinetobacter, Zooglea и др. – типичные представители бактериальных ценозов активного ила: [15, р. 34].

Запасы внутриклеточных соединений фосфора являются энергетическим резервом и расходуются микроорганизмами для осуществления функций метаболизма в анаэробных условиях вторичных отстойников. Использование макроэргических связей фосфорсодержащих соединений в процессах метаболизма сопровождается выделением фосфатов во внешнюю среду, что может стать причиной повышения их концентрации в очищенной сточной жидкости.

В смешанном стоке, поступающем на SEB, концентрация фосфат-ионов (PO43-) колеблется в пределах 8 – 14 мг/л. Согласно Приложению № 3 действующих в РМ «Типовых правил» норматив удаления фосфатов на сооружениях биологической очистки составляет 30 % [157]. На очистных сооружениях с неглубокой степенью нитрификации удается довести эффективность удаления фосфатов (без применения дополнительных мер по дефосфотации) до 65 % [102, с. 33 – 38;

148, с. 16]. На Рисунке 4.21 представлен анализ эффективности удаления фосфатов (рассчитанный по фосфат-иону PO43-) в условиях SEB. Анализируемый период: 2008 – 2010 гг. Условием, согласно которому сделана выборка данных, является единственный критерий: устойчивое состояние биоценоза активного ила. В выборку включены также данные по ортофосфатам в реке Бык, соответствовавшие дню отбора анализируемых проб сточной жидкости. Результат графического анализа подтверждает реальную возможность достижения 60 %-ной эффективности удаления ортофосфатов на данных очистных сооружениях. Но для того, чтобы получить в очищенном стоке 2,0 мг/л (норматив LAD), эффективность их удаления при современном содержании фосфатов в сточных водах должна составлять не менее 80 %. По опубликованным данным, такая степень удаления фосфатов может быть достигнута с применением специальных методов по дефосфотации [96, с. 33 – 38].

Эффективность очистки, % 15.0 80. Концентрация PO43-, мг/л R = 0. 13.5 72. 12.0 64. 10.5 56. 9.0 48. 7.5 40. 6.0 32. 4.5 24. 3.0 16. 1.5 8. 0.0 0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ОС, вход ОС, выход р. Бык до ОС р. Бык после ОС LAD Эффективность очистки Рис. 4.21. Содержание ортофосфатов в сточных водах муниципия Кишинэу и реке Бык до и после сброса (SEB, 2008 – 2010, n = 40) В базу данных экспертной системы по показателю «ортофосфаты», на наш взгляд, должно быть внесено:

60 % – эффективность удаления ортофосфатов в процессе полного цикла биоло гической очистки сточных вод – как показатель технологической нормы SEB;

30 % – нормативная эффективность удаления ортофосфатов на очистных соору жениях биологической очистки согласно Приложению № 3 «Типовых правил о приеме сточных вод в системы канализации» [157];

2,0 мг/л – допустимая концентрация ортофосфат-ионов в контрольных пробах очищенного стока на выходе SEB (LAD, Таблица 3.2.1);

оценка эффективности удаления фосфатов для любого уровня лабораторного контроля (ежедневного, декадного, среднемесячного) и динамика содержания данного показателя в реке Бык до и после сброса очищенных сточных вод муниципия Кишинэу (Рисунок 4.21).

Детергенты – синтетические поверхностно-активные вещества, СПАВ. Главным свойством поверхностно-активных веществ является их способность адсорбироваться на поверхности раздела фаз вода-воздух, что приводит к снижению сил поверхностного натяжения раствора и увеличению его пенистости. Степень биоразложения детергентов зависит от химической структуры их молекул. Для «мягких» СПАВ эффективность удаления может составлять 80 %, для «жестких» – не превышает 40 %. Эффективность удаления СПАВ (анионактивных тензидов) на SEB колеблется в пределах 45 – 65 %, что свидетельствует о преобладании в смешанном городском стоке детергентов средней «жесткости». На Рисунке 4.22 представлен графический анализ содержания анионактив ных тензидов в поступивших и очищенных сточных водах муниципия Кишинэу с оценкой эффективности их удаления. Учитывая тот факт, что большая часть фосфатов в настоящее время попадает в сточные воды в качестве компонентов синтетических моющих средств, для графического анализа детергентов были использованы результаты исследований тех же проб сточной жидкости и реки Бык, по которым оценивался показатель «орто фосфаты». Сравнение гистограмм на Рисунках 4.21 и 4.22 показывает, что несмотря на сходную динамику обоих показателей в поступившем стоке, эффективность очистки детергентов имеет гораздо большую амплитуду колебаний, чем биогенных веществ, какими являются для гидробионтов активного ила соединения фосфора. Такая нестабиль ность результатов в удалении детергентов объясняется, по нашему мнению, характером извлечения этих загрязнений, поскольку основной причиной снижения концентрации СПАВ в очищенном стоке является их сорбция активным илом (с последующей циркуля цией в биосистеме), что значительно усложняет оценку эффективности.

2.0 80. Эффективность очистки, % R = 0. Концентрация СПАВ, мг/л 1.8 72. 1.6 64. 1.4 56. 1.2 48. 1.0 40. 0.8 32. 0.6 24. 0.4 16. 0.2 8. 0.0 0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ОС, вход ОС, выход р. Бык до ОС р. Бык после ОС LAD Эффективность очистки Рис. 4.22. Содержание анионактивных тензидов в сточных водах муниципия Кишинэу и реке Бык до и после очистных сооружений (SEB, 2008 – 2010, n = 40) Влияние высоких концентраций СПАВ на биоценоз активного ила изучали в условиях несанкционированных сбросов сточных вод шерстемоечного производства (Журминская О.В., 2004). Концентрация детергента в обрабатываемом стоке более 3, мг/л стала причиной интенсивного пенообразования в аэротенках и на водосливах, привела к ухудшению кислородного режима и дестабилизации биокомплекса сооружений.

Изменение состава сточных вод для биоценоза активного ила является внешним фактором, провоцирующим аллогенную сукцессию, при которой изменяются как видовой состав биоценоза, так и функциональные параметры экосистемы, которая стремится восстановить равновесие в новых условиях [83, с. 101]. Уже через сутки после сброса в составе активного ила остались представители лишь 8 таксонов (Таблица 4.1.4). Даже после того, как видовой состав стабилизировался, продолжала уменьшаться общая численность гидробионтов [89, с. 291]. Сорбирование детергента хлопьями активного ила блокирует доступ кислорода к клеткам микроорганизмов [80, с. 26], и если не принимать меры по оптимизации кислородного режима, из биоценоза исчезают аэрофилы. Это подтверждает видовой состав нового сообщества: в нем остаются микроаэрофилы – виды, способные адаптироваться к низким (менее 0,5 мг/л) концентрациям кислорода (мелкие жгутиковые, серобактерии, нитчатые бактерии). Серьезную технологическую проблему создают физические характеристики ила, сорбировавшего детергент: это неоседающая коллоидная взвесь, в которой граница между надосадочной жидкостью и илом не определяется даже через 60 минут (по методике – 30) отстаивания в цилиндре. Таким образом, повышение концентрации детергентов в поступающих на очистку стоках до мг/л и более провоцировало гелевое вспухание активного ила SEB, в результате чего он терял способность оседать во вторичных отстойниках, что приводило к его выносу из системы.

Таблица 4.1.4. Видовой состав и численность биоценоза активного ила до и после сброса СПАВ ( SEB, 2004) Sphaerotilus sp.

Trepomonas sp.

Opercularia sp.

Carchesium sp.

Oicomonas sp.

Colpidium sp.

Видовой Beggiatoa sp.

Vorticella sp.

Aspidisca sp.

Fusarium sp.

Litonotus sp.

Thiothrix sp.

Epistylis sp.

состав Bodo sp.

активного ила Численность гидробионтов, экз./мл:

260 120 65 33 230 340 975 242 515 655 370 82 75 до сброса 210 135 88 25 154 180 1645 - - 64 - - - после сброса Ежедневный гидробиологический контроль состояния активного ила показал, что самыми чувствительными к повышенным концентрациям СПАВ являются колониальные формы прикрепленных инфузорий родов Carchesium, Opercularia, Epistylis. Если уровень сорбированных детергентов в активном иле продолжает оставаться высоким, из биоценоза исчезают свободноплавающие инфузории родов Aspidisca, Litonotus, Colpidium. Хорошую способность адаптации к детергентам в условиях SEB проявляют гетеротрофные жгутиконосцы Bodo caudatus Stein 1878, Bodo globosus Stein 1878, Trepomonas rotans Klebs 1893, Oicomonas mutabilis Kent 1880 (Журминская О.В., 2005). Практический опыт эксплуатации сооружений в условиях дестабилизации биосистемы концентрированным стоком шерстемоечного производства показал, что поддержание дозы активного ила в рабочей зоне аэротенка не менее 2 г/л и концентрации растворенного кислорода не менее 1,5 мг/л позволяет сократить период восстановления биоценоза [89, с. 293]. Решающее значение кислородного режима в процессах биохимического окисления синтетических ПАВ отмечает Лукиных Н.А., обобщая результаты зарубежных и собственных иссле дований [109, с. 13].

В методических рекомендациях, устанавливающих условия приема загрязняющих веществ в коллективные системы водоотведения, в качестве допустимой нормы принята концентрация биоразлагаемых ПАВ до 20 мг/л [112, с. 19]. По опубликованным данным, производственные стоки с таким содержанием детергентов могут быть очищены био химическим методом, но для этого выращивают специальный активный ил, адаптирован ный к высоким концентрациям этой группы органических веществ (Лукиных, 1972). В условиях очистки городских сточных вод биоценоз формируется при гораздо более низком содержании детергентов, поэтому, как показывает практика, даже концентрации более 3 мг/л вызывают дестабилизацию биосистемы и требуют серьезной коррекции технологического процесса. Это учтено в действующих «Типовых правилах» [157], где в качестве предельно-допустимой концентрации биоразлагаемых СПАВ в городском стоке утверждена норма 2,5 мг/л. Эффективность удаления данных загрязнений на сооружениях биологической очистки согласно Приложению № 3 этого нормативного документа может составлять 65 %. В очищенном стоке муниципия Кишинэу, сбрасываемом в реку Бык, концентрация детергентов не должна превышать 0,2 мг/л (LAD, Таблица 3.2.1). Для достижения нормативной очистки по данному показателю (концентрация на входе – от 1, до 1,8 мг/л, Рисунок 4.22) эффективность удаления детергентов на SEB должна составлять не менее 85 %, что на 20 % выше нормы, предусмотренной «Типовыми правилами».

Реальная эффективность удаления, как было показано выше, не превышает 65 %.

Решением проблемы более эффективного удаления детергентов становятся новые био технологии с применением высших растений, водорослей и адаптированных бактерий. В базу данных экспертной системы по показателю «детергенты» могут быть внесены следующие параметры:

60 % – реальная эффективность удаления биоразлагаемых СПАВ в процессе полного цикла биологической очистки сточных вод муниципия Кишинэу в усло виях оптимального режима аэрации (не менее 1,5 мг/л) и адаптированного к составу стоков биоценоза активного ила;

2,0 мг/л – концентрация биоразлагаемых СПАВ в поступающем стоке, к которой адаптирован биоценоз активного ила SEB;

2,5 мг/л – допустимая норма содержания биоразлагаемых детергентов в сточных водах, сбрасываемых в городскую систему канализации, согласно Приложению «Типовых правил» [157];

65 % – нормативная эффективность удаления детергентов в соответствии с Прило жением № 3 «Типовых правил»;

0,2 мг/л – допустимая концентрация показателя «детергенты» в контрольных пробах очищенного стока на выходе SEB (LAD, Таблица 3.2.1);

оценка эффективности удаления детергентов для любого уровня лабораторного контроля (ежедневного, декадного, среднемесячного) и динамика содержания данного показателя в реке Бык до и после сброса очищенных сточных вод муниципия Кишинэу (Рисунок 4.22).

Солевой состав бытовых сточных вод определяется фоновым содержанием солей в природных водах и, как правило, не превышает нормативы предельно допустимого сброса. Такие важные для питьевых и природных вод показатели как ионный состав (НСО3, СО32, Na+, К+) и жесткость (суммарная концентрация солей Mg2+ и Са2+) не имеют существенного значения для характеристики сточных вод. Нормируемыми показа телями солевого состава стоков являются хлориды и сульфаты.

Для содержания хлоридов в поверхностных водах характерна сезонная динамика, что связано с сезонными изменениями общей минерализации воды [75]. Концентрация хлорид-ионов в воде, поступающей в систему централизованного водоснабжения, по данным S.A. «Ap-canal Chiinu»4, составляет 25 – 35 мг/л при максимально-допустимом уровне (Concentraia maximal admisibil, CMA) – 250 мг/л (Приложение 3). Сравнительный анализ содержания хлорид-ионов (Cl) в питьевой и сточной воде муниципия Кишинэу за один и тот же период времени представлен на Рисунке 4.23.

Питьевая вода Сточная вода Концентрация Cl мг/л 70 66 68 65 60 56 60 35 35 34 20 28 27 27 27 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Рис. 4.23. Сравнительный анализ содержания хлоридов в питьевой и сточной воде муниципия Кишинэу (SEB, 2008, n = 24) В плановом лабораторном контроле определение концентрации хлорид-ионов используют для оценки правильности отбора среднесуточных проб, поскольку их содержание практически не меняется в процессе биологической очистки (Рис. 4.24), что обусловлено очень хорошей растворимостью хлоридов и слабо выраженной способностью к сорбции взвешенными веществами и активным илом. Применение в технологических http://www.acc.md схемах очистки сточных вод хлорсодержащих коагулянтов (гидроксихлорид алюминия, гидроксохлоросульфат алюминия и др.) приводит к повышению концентрации хлоридов в очищенном стоке, так же как и ее хлорирование с целью обеззараживания: Cl2 + H2O HCl + HClO 2HCl + O;

2HCl 2H+ + 2Cl- (хлорирование очищенных сточных вод более 20 лет исключено из технологического регламента SEB). Допустимая норма сброса хлоридов в системы водоотведения согласно действующим в Республике Молдова «Типовыми правилами о приеме сточных вод в системы канализации» составляет 350 мг/л [157]. Повышение концентрации хлоридов до 400 мг/л, по опубликованным данным, вызывает угнетение активности гидробионтов, при более высокой концентрации нарушаются флокуляционные свойства активного ила – он всплывает вместо оседания [145]. Допустимая концентрация хлорид-ионов при сбросе очищенных сточных вод в реку Бык (LAD) и норматив SHS для поверхностных водоемов (CMA5) составляют 300 мг/л.

Графический анализ влияния очищенных сточных вод муниципия Кишинэу на солевой состав реки Бык по данному ингредиенту представлен на Рисунке 4.24.

Концентрация Cl-, мг/л I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII ОС, вход ОС, выход р. Бык до ОС р. Бык после ОС Рис. 4.24. Содержание хлоридов в сточных водах муниципия Кишинэу и в реке Бык до и после очистных сооружений (SEB, 2010, n = 48) В базу данных экспертной системы по показателю «хлориды» могут быть внесены следующие параметры:

60 – 100 мг/л – концентрация хлорид-ионов в обрабатываемом стоке, лежащая в пределах адаптации активного ила SEB;

300 мг/л – максимально допустимая концентрация хлоридов в контрольных пробах очищенных сточных вод на выходе SEB (LAD, Таблица 3.2.1);

350 мг/л – допустимая норма содержания хлоридов согласно «Типовым правилам о приеме сточных вод в системы канализации» [157].

Содержание сульфатов в реке Днестр, являющейся основным источником центра лизованного водоснабжения муниципия Кишинэу, по данным Laboratorul Hidrobiologie i Ecotoxicologie Institutului de Zoologie al AM, колеблется в пределах 40 – 80 мг/л (Zubcov E., 2011). В питьевой воде содержание сульфат-ионов (SO42), по данным S.A. «Ap-canal Chiinu», составляет 50 – 70 мг/л при максимально-допустимой концентрации 250 мг/л http://www.meteo.md/mold/valori/apa.htm (Приложение 3). В бытовых сточных водах содержание сульфатов колеблется незна чительно, но в производственных стоках может варьировать в широких пределах (в зависимости от вида производства) и достигать нескольких граммов в литре. Сравни тельный анализ содержания сульфатов в воде, прошедшей водоподготовку для питьевого водоснабжения, и в сточной воде, поступившей на SEB в тот же период времени, представлен на Рисунке 4.25.

Концентрация SO42 300 Питьевая вода Сточная вода мг/л 70 70 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Рис. 4.25. Концентрация сульфатов в питьевой и сточной воде муниципия Кишинэу (www.acc.md, SEB, 2008, n = 24) Восстановление сульфатов как в естественных природных условиях, так и в технологии биологической очистки осуществляют сульфатредуцирующие бактерии родов Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Clostridium и др. – облигатные анаэробы, которые в процессе дыхания используют в качестве акцептора электронов не кислород, а окислен ные соединения серы [171, с. 118]. Процессы сульфатредукции начинаются в сточной жидкости уже на этапе сбора канализационных вод, продолжаются на стадии механиче ской обработки стоков, но наиболее интенсивно идут в первичных отстойниках при образовании сырого осадка сточных вод. Доказано, что на стадии биохимической очистки в условиях активной аэрации сульфатредуцирующие бактерии не погибают, а развиваются совместно с аэробной гелеобразующей микрофлорой [81, с. 267]. Условия для развития анаэробов могут создаваться как в рабочей зоне аэротенков (при дефиците растворенного кислорода в системе, в местах залежей ила при недостаточном перемешивании иловой смеси), так и в процессе отстаивания активного ила во вторичных отстойниках. Потребляя кислород, аэробные бактерии сточной жидкости и активного ила образуют внутри хлопковых структур анаэробные зоны, что создает сульфатредуцирующим бактериям условия для энергетического метаболизма. Трансформация серосодержащих соединений в технологии очистки сточных вод является не однонаправленным, а колебательным про цессом от сульфатов к сульфидам и наоборот: SO42 SO32 S3O62 S2O32 S2.

Таким образом, содержание сульфатов в очищенном стоке зависит от многих факторов, включая химическое взаимодействие между компонентами сточных вод, биотрансфор мацию серосодержащих соединений в процессе канализации и очистки стоков и прямое окисление кислородом воздуха в аэротенках. Технологическая задача в отношении сульфатов состоит в том, чтобы не создавать благоприятных условий для глубокой сульфатредукции, поскольку допустимая норма содержания сульфатов в очищенном стоке составляет 150 мг/л, а нормативное требование для сульфидов – «отсутствие». Техноло гической нормой снижения концентрации сульфатов в условиях аэробной биохимической очистки считается диапазон 25 – 30 % [114, с. 236]. Графический анализ содержания сульфатов в поступающем и очищенном стоке муниципия Кишинэу в сравнении с допустимой нормой сброса (LAD) и расчетом эффективности удаления представлен на Рисунке 4.26. Как следует из графика, для SEB эффективность снижения варьирует в пределах 12 – 23 %, что несколько ниже технологической нормы.

170 30. Концентрация SO42-, мг/л Эффективность очистки, % R = 0. 160 27. 150 24. 140 21. 130 18. 120 15. 110 12. 100 9. 90 6. 80 3. 70 0. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Вход на ОС Выход с ОС LAD Эффективность очистки, % Рис. 4.26. Эффективность удаления сульфатов в процессе полного цикла очистки сточных вод (SEB, 2010, n = 24) Максимально допустимая концентрация (СМА) сульфатов в поверхностных во доемах, которую регламентирует SHS, составляет 100 мг/л. По данным этой службы, содержание сульфатов в реке Бык колеблется в пределах 230 – 290 мг/л. Сброс очищен ных сточных вод муниципия Кишинэу снижает концентрацию сульфатов-ионов в водоеме-реципиенте, что демонстрирует Рисунок 4.27.

Концентрация SO42 мг/л I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Бык до ОС Бык после ОС норматив SHS Рис. 4.27. Содержание сульфатов в реке Бык до и после сброса очищенных сточных вод муниципия Кишинэу (SEB, 2010, n = 24) В базу данных экспертной системы по показателю «сульфаты» вносим следующие параметры:

25 % – как показатель технологической нормы снижения концентрации сульфатов в процессе полного цикла биологической очистки;

150 мг/л – как максимально допустимая концентрация сульфатов в контрольных пробах очищенных сточных вод на выходе SEB (LAD, Таблица 3.2.1);

400 мг/л – допустимая норма содержания сульфатов в соответствии с «Типовыми правилами о приеме сточных вод в системы канализации» [157].

Сероводород и сульфиды могут присутствовать в водных растворах в виде недиссоциированных молекул сероводорода (H2S), гидросульфид-ионов (HS) и сульфид-ионов (S2-). Для природных водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйствен ного значения содержание данных ингредиентов регламентируется нормативом «отсутствие» [22, р. 22], что обусловлено неблагоприятным влиянием на органолеп тические свойства воды и кислородный режим экосистем, а также высокой токсичностью недиссоциированных молекул H2 S для гидробионтов. Источниками сероводорода и сульфидов в поверхностных водах являются естественные процессы биохимического разложения органических веществ и загрязнение сточными водами. В сточные воды, поступающие на SEB, восстановленные соединения серы попадают с бытовым стоком и со стоками предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности. Трансформация соединений серы начинается уже на этапе канализации и обеспечивается как химическим взаимодействием между составляющими компонентами стоков, так и естественными процессами метаболизма бактериального ценоза сточных вод. Эффективность удаления сероводорода и сульфидов на очистных сооружениях определяется, в первую очередь, качеством извлечения загрязнений на механическом этапе очистки, поскольку присутст вие в обрабатываемом стоке взвешенных веществ и высоких концентраций органического субстрата существенно снижает скорость окисления сульфидов в аэротенках. На этапе биохимической очистки сточных вод эффективность удаления сульфидов обеспечивается хорошей аэрацией в рабочей зоне аэротенка, поскольку сероводород легко окисляется кислородом воздуха. Биоокисление восстановленных соединений серы (молекулярная сера, сероводород, сульфиды, тиосульфаты, меркаптаны) осуществляют различные виды гетеротрофных бактерий родов Sphaerotilus, Pseudomonas, Bacterium, Achromobacter, Beggiatoa, Thiothrix, а также автотрофные бактерии родов Thiobacillus, Rhodospirillum, Rhodomicrobium, которые входят в состав обычной микрофлоры активного ила и бытовых сточных вод [81, с. 262;

175, с. 352 – 354].

Согласно «Типовым правилам», для предупреждения загрязнения сети содержание сульфидов в стоках, сбрасываемых в систему канализации, не должно превышать 1,5 мг/л [157]. Суммарная концентрация сероводорода и сульфидов в поступающих на очистку сточных водах муниципия Кишинэу колеблется в пределах 1,5 – 3,5 мг/л в пересчете на сульфид-ион (Рисунок 4.28). В связи с жесткими требованиями к содержанию данных загрязнений в очищенном стоке, норматив удаления сульфидов в процессе полной биоло гической очистки установлен на уровне 99,5 % [114, с. 274]. Графический анализ, выполненный по выборке результатов плановых проб 2010 – 2011 гг., демонстрирует, что реальная эффективность удаления сероводорода и сульфидов в условиях SEB составляет в среднем 80 %.

Эффективность очистки, % Концентрация H2S+S2-мг/л 3.85 99. 3.50 90. 3.15 81. 2.80 72. R = 0. 2.45 63. 2.10 54. 1.75 45. 1.40 36. 1.05 27. 0.70 18. 0.35 9. 0.00 0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ОС, вход ОС, выход р. Бык до ОС р. Бык после ОС Эффективность очистки Рис. 4.28. Содержание сероводорода и сульфидов в городском стоке муниципия Кишинэу и реке Бык до и после выпуска очищенных сточных вод (SEB, 2010 – 2011, n = 40) В базу данных экспертной системы по показателю «сероводород и сульфиды»

могут быть внесены следующие параметры:

80 % – эффективность удаления сероводорода и сульфидов в процессе полного цикла биологической очистки сточных вод муниципия Кишинэу в условиях SEB;

99,5 % – нормативная эффективность удаления сульфидов в процессе полной биологической очистки согласно Приложению № 3 «Методики технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации» [114];

1,5 мг/л – допустимая норма сброса сульфидов в централизованную систему водоотведения согласно Приложению № 1 «Типовых правил о приеме сточных вод в системы канализации» [157].

Для оперативной характеристики работы сооружений по основным показателям нормативной очистки на платформе программы MS Access разработана модель отчета по результатам планового технологического контроля, образец которой представлен в Таб лице 4.1.5. Отчет формируется программой на основании регистрируемых результатов планового лабораторного контроля, заложенных в шаблон нормативных параметров, формул расчета оценки эффективности и макросов для фильтрации данных, не превышающих предельно-допустимые концентрации контролируемых показателей.

Внесением шаблона в базу данных разрабатываемой экспертной системы завешено формирование модуля «Гидрохимические показатели сточных вод».

Таблица 4.1.5. Оценка эффективности очистки по основным гидрохимическим показателям сточных вод муниципия Кишинэу Контролируемые БПК5 NH4+ NO2- NO3- PO43- Cl- S2- SO42- СПАВ T pH ВВ ХПК параметры/ объекты °C ед. pH мг/л мг/л O2 мг/л O2 мг/л N мг/л N мг/л N мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л Вход на ЕМ 15 7.51 327 748 293 33.7 0.071 0.112 10.90 84.9 1.96 134 1. Вход на EB 15 7.60 142 336 197 30.5 0.078 0.103 10. Выход с SEB 15 7.87 20.9 128 29.0 22.4 0.108 0.220 6.80 82.2 0.48 119 0. LAD 22.8 30.0 28.4 8.1 0.080 9.1 2.0 300 150 0. Превышение LAD - 4.27 1.02 3.38 1.35 - 3.40 - - 2. Эффективность EM, % 56.6 55.1 32.8 9.5 6. Эффективность EB, % 85.3 61.9 85.3 10.2 33. Эффектив. ЕМ+ЕВ, % 93.6 82.9 90.1 33.5 37.6 3.2 75.5 11.2 68. LAE, % 90 75 70-90 50 30 99.5 Пояснения к Таблице 4.1.5:

Вход на ЕМ (epurarea mecanic): сток, поступивший на механическую очистку – a;

Вход на EВ (epurarea biologic): сток, поступивший на биологическую очистку – b;

Выход с SEВ: очищенный сток на выходе из сооружений – c;

LAD (Limitele admisibile de deversare): допустимая концентрация показателя в сбросе;

Превышение LAD: кратность превышения LAD – с/LAD;

Эффективность EM: [(a - b)/a]·100, %;

Эффективность EB: [(b - c)/b]·100, %;

Эффективность ЕМ + ЕВ: эффективность полного цикла очистки – [(a - c)/a]·100, %;

LAE (Limitele admisibile de epurare): требуемая эффективность очистки в соответствии с нормативными документами [12], [157], [114];

4.2 Технологические параметры иловой смеси Для биохимической очистки городских сточных вод в аэрируемых сооружениях растворенный кислород – это регулируемый технологический параметр. Насыщение иловой смеси (активный ил + очищаемая сточная жидкость) кислородом осуществляется за счет принудительной аэрации, которая в данной технологии обеспечивает несколько важнейших процессов:

перемешивание иловой смеси для поддержания взвешенного состояния активного ила и предупреждения образования зон залежей;

хемоокисление растворенных загрязнений сточных вод;

метаболизм гидробионтов и бактерий активного ила и сточной жидкости;

биоокисление неорганических и органических компонентов очищаемого стока.

В то же время, растворенный кислород – это гидрохимический компонент сточных вод и важнейший абиотический фактор экосистемы активного ила. Кислород присутст вует в воде в виде гидратированных молекул O2. На его концентрацию влияют темпера тура, атмосферное давление, минерализация, турбулентность потока, степень загрязнения воды. При оценке качества воды объектов различных категорий водопользования данный показатель регламентируется двумя сезонными нормативами: 4 мг/л – для зимнего сезона и 6 мг/л – для летнего [22, 66, 67]. Содержание растворенного кислорода в очищенном стоке нормируется условием: сброс сточных вод не должен ухудшать кислородный режим водоема-реципиента ниже санитарной нормы, установленной для данной категории водного объекта в любое время года. В нормативно очищенных сточных водах муниципия Кишинэу после водослива-аэратора концентрация растворенного кислорода, как правило, не бывает ниже 5 – 6 мг/л. Благодаря этому, в летний период сброс очищенных сточных вод улучшает кислородный режим реки Бык, что демонстрирует Рисунок 4.29.


Концентрация кислорода, мг/л 10.0 25. 9.0 22. Температура, °С 8.0 20. 7.0 17. 6.0 15. 5.0 12. 4.0 10. 3.0 7. 2.0 5. 1.0 2. 0.0 0. ОС, выход р. Бык, до ОС р. Бык после ОС Кислород:

ОС, выход р. Бык до ОС р. Бык после ОС Температура:

Рис. 4.29. Сезонная динамика растворенного кислорода и температуры в очищенном стоке муниципия Кишинэу и реке Бык до и после сброса (SEB, 2010, n = 36) Кислородный режим определяет глубину и скорость окислительных реакций в системе «аэротенк – вторичный отстойник». Технической нормой обеспечения биохими ческого процесса очистки городских сточных вод в аэрируемых сооружениях считается концентрация 2 мг/л. По опубликованным данным, на практике многие сооружения удовлетворительно работают и при более низкой концентрации [81, с. 100 – 102]. Это объясняется тем, что потребность в кислороде зависит от многих факторов, которые являются специфичными для каждой Станции биологической очистки: температура и состав обрабатываемых стоков, концентрация загрязнений, состояние активного ила, условия его регенерации и т. д. [180, с. 174]. В условиях SEВ на биохимическую очистку после первичных отстойников поступает сток, степень загрязнения которого составляет 350 – 450 мг/л по ХПК и 200 – 250 мг/л по БПК5. Для формирования биоценоза активного ила с достаточным количеством трофических уровней (Схема 4.3.1) концентрация кислорода в рабочей зоне аэротенка, по опыту эксплуатации данных очистных сооружений, должна составлять не менее 1,5 мг/л. В зоне регенерации возвратного ила, который несколько часов находился в анаэробных условиях вторичных отстойников, для полного завершения минерализации загрязнений (эндогенная стадия) концентрацию кислорода желательно поддерживать не ниже 2,0 мг/л. Учитывая тот факт, что минимальная концентрация растворенного кислорода для нитрификаторов первой стадии составляет 1,8 мг/л, такую концентрацию можно рассчитывать и для зон активной нитрификации в аэротенках.

В методическом пособии «Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками» (Жмур Н.С., 2003) со ссылкой на [169] (Хаммер М., 1979) высказывается утверждение, что «...организмы активного ила являются микроаэрофилами и для нормальной жизнедеятельности им вполне достаточно концентра ции 0,5 мгО2/л». Концентрацию 2,0 мг/л, по мнению цитируемого автора, следует обеспечивать для перемешивания иловой смеси с целью ликвидации ее залежей [81, с.

104]. Если под «организмами активного ила» понимать только бактериальный ценоз экосистемы аэрационных сооружений, исключив из него нитрифицирующие бактерии, то с категорией «микроаэрофилы», можно было бы согласиться. Но, как было отмечено ранее, в условиях SEВ при низких концентрациях растворенного кислорода формируется биоценоз с минимальным количеством трофических уровней: органический субстрат гетеротрофные бактерии, органический субстрат сапрозойные простейшие. При такой структуре биоценоза невозможно обеспечить нормативную очистку сточных вод муници пия Кишинэу ни по взвешенным веществам (молодой возраст ила мелкие хлопья плохая осаждаемость), ни по прозрачности (в активном иле отсутствуют бактериофаги и хищники не происходит выедание бактерий не гарантировано осветление очищен ного стока), ни по трансформации аммонийного азота (нет условий для накопления биомассы нитрифицирующих бактерий и низкая концентрация растворенного кислорода – лимитирующий фактор). Многолетний опыт изучения активного ила SEВ позволяет констатировать, что при эксплуатации сооружений с содержанием кислорода в рабочей зоне аэротенков менее 1,0 мг/л биоценоз представлен 8 – 10 таксонами гидробионтов со значительным преобладанием 2 – 3 родов гетеротрофных жгутиконосцев (Trepomonas, Bodo, Oicomonas). Если аэрация иловой смеси обеспечивает концентрацию растворенного кислорода на уровне 1,5 мг/л и более, в условиях стабильного состава стоков формируется биоценоз из 20 – 25 таксонов, в котором представлены все основные группы индикатор ных организмов с преобладанием свободноплавающих инфузорий родов Aspidisca, Litonotus, Euplotes или прикрепленных инфузорий родов Vorticella, Epistylis, Opercularia, Carchesium. В Таблице 4.2.1 представлен сравнительный анализ численности индикатор ных организмов активного ила SEB в зависимости от условий кислородного режима.

Таблица 4.2.1. Состав и численность* биоценоза активного ила в различных условиях кислородного режима биокомплекса SEB Концентрация растворенного кислорода, мг/л Индикаторные организмы 0,5 0,5 – 1,0 1,0 – 1,5 1, Zooglea (Z. Ramigera, Z. uva) 1 2 2 2 Rotifera (вся группа индикаторов) 1 2 Suctoria (вся группа индикаторов) 2 1 2 Carchezium sp. 1 2 3 5 Epistylis sp. 1 2 2 Opercularia sp. 1 1 2 3 Vorticella convallaria 1 2 2 2 Euplotes sp. 2 1 3 Amphyleptus sp. 1 2 2 Litonotus sp. 3 3 3 3 5 Colpidium sp. 1 1 1 Aspidisca sp. 1 2 3 5 3 7 Vorticella microstoma 1 2 3 3 3 5 5 Petalomonas sp. 2 2 2 1 1 1 Oicomonas sp. 3 3 3 3 3 3 2 Trepomonas sp. 3 2 2 2 1 2 Bodo sp. 9 9 7 7 5 5 5 Sphaerotilus sp. 3 5 3 3 3 3 3 Beggiatoa sp., Thiothrix sp. 3 3 2 1 2 2 2 Fusarium sp., Alternaria sp. 2 1 1 1 2 1 1 Gymnamoebia (вся группа) 2 1 1 1 1 1 Цисты инфузорий 2 3 Стадия «telotrox» класса Peritricha 2 2 Деформированные особи 1 * учет численности - по 9-бальной шкале [95, с. 226] В базу данных экспертной системы по показателю «растворенный кислород» могут быть внесены следующие параметры:

0,5 мг/л – критическая концентрация растворенного кислорода в рабочей зоне аэротенков, при которой формируется биоценоз активного ила с минимальным количеством трофических уровней, не обеспечивающим нормативную очистку сточных вод муниципия Кишинэу;

1,5 мг/л – концентрация растворенного кислорода в рабочей зоне аэротенков, достаточная для формирования полноценного биоценоза активного ила в условиях стабильного состава сточных вод, поступающих на SEВ;

4,0 мг/л – концентрация растворенного кислорода в реке Бык, которую не должен снижать сброс очищенных сточных вод в зимнее время года;

6,0 мг/л – концентрация растворенного кислорода в реке Бык, которую не должен снижать сброс очищенных сточных вод в летнее время года.

Концентрация (доза) активного ила – технологический параметр оперативного контроля биохимического этапа очистки, который выполняется в двух модификациях: по объему и по весу. Доза ила по объему характеризует седиментационные свойства ила, доза по весу дает представление о биомассе потребителей загрязнений в иловой смеси.

Для городских станций биологической очистки необходимая концентрация ила в системе устанавливается в зависимости от БПК осветленных сточных вод, поступающих в аэротенки после первичного отстаивания. Согласно нормам СНиП [146], по которым проектировались очистные сооружения Кишинева, данная зависимость для аэротенков без регенерации устанавливалась в соответствии с рекомендациями Таблицы 4.2.2.

Таблица 4.2.2. Рекомендуемая концентрация активного ила для аэрационных сооружений на полную и неполную очистку городских сточных вод (СНиП II-32-74) БПКполн, мг/л О2 100 101 – 150 151 – 200 Концентрация ила, г/л 1,2 1,5 1,8 1,8 – 3, Аэрационные сооружения SEВ функционируют с регенерацией активного ила. Для обеспечения глубокой минерализации трудноокисляемых соединений, концентрацию ила в регенераторе рекомендуется поддерживать в 2 – 3 раза большую, чем в рабочей зоне аэротенка [180, с. 357]. В зимний период эффективность биологического окисления снижается, поэтому дозу ила увеличивают на 30 – 40 % [73, с. 41]. Концентрация ила в системе «аэротенк – вторичный отстойник» является важнейшим регулируемым пара метром в технологии биологической очистки сточных вод и служит для расчета основных технологических характеристик режима эксплуатации биокомплекса сооружений.

В соответствии с действующей схемой технологического контроля биомассу активного ила по сухому веществу в единице объема иловой смеси (concentraia n greutate, CG) контролируют ежедневно в каждом из функционирующих аэротенков. В Таблице 4.2.3 представлена форма ввода данных технологических параметров для математической обработки результатов с последующим формированием графических отчетов в формате Excel (Рисунки 4.30 – 4.32).

Таблица 4.2.3. Электронная форма ввода данных технологических параметров Контролируемые параметры ВA №1 ВA №2 ВA №3 ВA №4 ВA №8 ВA № 1 коридор 0.86 0.92 1.10 1.19 1.28 1. Растворенный мг/л кислород 4 коридор 1.18 1.43 1.54 1.86 1.92 1. 1 коридор 2.740 1.490 2.030 2.399 2.132 2. Концентрация г/л биомассы, CG 4 коридор 1.550 1.080 1.358 1.136 1.089 1. БПК5 мг/л O2 БПК C G ( 4 кор.) Удельная нагрузка мг/г 127 182 145 173 181 Растворенный кислород, мг/л Концентрация биомассы, г/л BA №9-4 BA №9- 1.87 1. BA №9-1 BA №9- 1.04 2. BA №8-4 BA №8- 1.92 1. BA №8-1 BA №8- 1.28 2. BA №4-4 BA №4- 1.86 1. BA №4-1 BA №4- 1.19 2. BA №3-4 BA №3- 1.54 1. BA №3-1 BA №3- 1.10 2. BA №2-4 BA №2- 1.43 1. BA №2-1 BA №2- 0.92 1. BA №1-4 BA №1- 1.18 1. BA №1-1 BA №1- 0.86 2. 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 0.000 1.000 2.000 3. Рис. 4.30. Контроль кислородного режима Рис. 4.31. Концентрация активного ила Удельная нагрузка на ил, мг БПК5/г 182 200 BA №1 BA №2 BA №3 BA №4 BA №8 BA № Рис. 4.32. Распределение удельной нагрузки на активный ил в аэротенках Удельная нагрузка на активный ил по БПК5 – расчетный параметр, который позволяет оценить количество загрязняющих веществ (выраженное в единицах БПК5), приходящееся на единицу биомассы активного ила (Формула 2.8, Рисунок 4.32). Параметр достаточно объективно, на наш взгляд, отражает состояние биосистемы, поскольку представляет реальное соотношение между наличием субстрата и количеством его потребителей [169, с. 86]. Загрязненность сточных вод, поступающих на биологическую очистку, изменяется в широких пределах и является величиной нерегулируемой, поэтому стабильность биосистемы аэрационных сооружений обеспечивается стабильностью удельной нагрузки на активный ил [81, с. 117]. Согласно методическим рекомендациям, нагрузки в пределах 50 – 150 мг БПК5/г активного ила (по сухому веществу) считаются низкими – сооружения работают на глубокую очистку и полную нитрификацию. Нагрузки от 200 до 250 мг БПК5/г считаются средними – они обеспечивают устойчивую работу биосистемы и хорошее качество очищенных сточных вод. При удельных нагрузках на ил по БПК5 более 300 мг БПК5/г работа аэрационных сооружений становится нестабильной – повышается иловый индекс, ухудшается эффективность очистки.


Чтобы оценить значение данного расчетного показателя для оперативного кон троля условий функционирования активного ила, были проанализированы результаты определения БПК5 сточных вод и концентрации активного ила в различных условиях состояния биосистемы, рассчитана нагрузка на ил и эффективность очистки. Полученная зависимость (R = -0.981, корреляция сильная, отрицательная) между удельной нагрузкой на активный ил по БПК5 и эффективностью окисления загрязнений на биохимическом этапе очистки представлена на Рисунке 4.33.

98. очистки по БПК5, % 96. Эффективность R = 0. 94. 92. 90. 88. 86. 84. 82. 80. 100 130 160 190 220 250 280 310 340 370 Удельная нагрузка на активный ил, мг БПК5 / г Рис. 4.33. Оценка эффективности биохимического этапа очистки по удельной нагрузке на активный ил (SEB, 2010, n = 72) Результат графического анализа позволяет предположить, что в рассмотренный период оптимальная удельная нагрузка на активный ил по органическим загрязнениям для данного биокомплекса находилась в пределах 150 – 250 мг/г, поскольку эффективность очистки в этом диапазоне (88 – 92 %) обеспечивает нормативные показатели БПК5 в очищенном стоке. Объективность оценки состояния биосистемы по удельной нагрузке на ил может быть снижена в условиях дестабилизации биоценоза токсическими веществами, накапливающимися в активном иле в результате биосорбции. В таких случаях даже при низкой нагрузке эффективность биоокисления снижается [81, с. 119]. Диапазон значений 250 – 350 мгБПК5/г (Рисунок 4.33) для SEВ характеризует высокие удельные нагрузки, не гарантирующие нормативную очистку сточных вод по БПК5. Ситуации, представленные в диапазоне 370 мг БПК5/г, свидетельствуют о нарушении оптимального соотношения между концентрацией активного ила в системе и концентрацией поступающих на биохимическую очистку загрязнений. Если нарушение не корректируется, такие нагрузки на активный ил вызывают изменение его физических параметров. Самым оперативным показателем таких изменений является иловый индекс.

Иловый индекс – объем, занимаемый одним граммом активного ила (по сухому веществу) через 30 минут отстаивания в цилиндре вместимостью 1000 см3 (параметры цилиндра – по ГОСТ 1770-74) [80, 114, 115]. Для каждого конкретного сооружения биологической очистки иловый индекс имеет свои оптимальные границы. Проектной нормой для биокомплекса городских очистных сооружений считаются значения илового индекса от 90 до 120 мл/г. Глубокоминерализованный ил может иметь иловый индекс 60 – 80 мл/г. Диапазон значений от 60 до 150 мл/г характеризует различные режимы нор мального процесса биохимической очистки. Состояние активного ила, при котором иловый индекс превышает 200 мл/г, определяется термином «вспухание». Такой ил плохо оседает во вторичных отстойниках и выносится с очищенным стоком, что снижает эффективность очистки и ведет к уменьшению концентрации ила в системе. Среди причин, которые могут вызывать вспухание активного ила, чаще всего отмечают [81, с.

403;

134, с. 17]:

перегрузку по трудноокисляемым или биологически не окисляемым веществам, провоцирующим чрезмерное выделение полисахаридного геля гетеротрофными бактериями активного ила, что в несколько раз увеличивает объем хлопьев ила гелевое вспухание;

отравление гелеобразующей сапрофитной микрофлоры активного ила токсичными загрязнениями, в результате которого повреждается система гелеобразования хлопья ила диспергируются, флокуляция прекращается, ил не оседает;

гибель или угнетение гетеротрофных бактерий под воздействием неблагоприятных факторов внешней среды (недостаток биогенных веществ в пищевом субстрате, кислородное голодание, интоксикация, снижение рН обрабатываемых стоков ниже 6.0), в результате чего пищевую нишу гелеобразующей сапрофитной микрофлоры в биоценозе активного ила занимают нитчатые бактерии или грибы нитчатое вспухание;

резкое изменение температуры или состава стоков;

технологические ошибки эксплуатации аэрационных сооружений.

Состояние биоценоза в условиях дестабилизации биосистемы изучали в ситуациях вспухания активного ила, которое было спровоцировано: перегрузкой органического субстрата (сброс концентрированных стоков шерстемоечного производства), влиянием лимитирующего фактора внешней среды (высокая температура обрабатываемых сточных вод), токсическим воздействием компонентов сточных вод (Журминская О., 2004, 2006).

Сравнительная характеристика видового состава биоценоза при нормальных показателях илового индекса и в состоянии вспухания представлена в Таблице 4.2.4 [84, 89].

Таблица 4.2.4. Видовой состав и динамика численности активного ила SEВ в условиях дестабилизации биосистемы Видовой состав Численность индикаторных организмов (по 9-бал. шкале) Иловый индекс 175 460 130 280 126 210 111 265 140 Zooglea Ramigera 1 3 2 1 3 Rotifer vulgaris 1 2 Tokophrya quadripartita 1 Carchezium sp. 1 3 3 1 3 1 Epistylis sp. 1 Opercularia sp. 2 2 Vorticella convallaria 3 3 3 Vorticella striata 2 2 1 Euplotes Amphyleptus sp. 2 1 3 Litonotus lamella 2 3 5 2 3 1 7 Colpidium sp. 2 Oscillatoria sp. 1 Astasia sp. 3 1 1 Nematoda 1 1 1 Aspidisca lynceus 2 3 1 2 Aspidisca costata 2 1 5 2 5 2 3 1 5 Vorticella putrina 1 1 Vorticella microstoma 3 5 2 5 3 7 2 3 Monas sp. 5 3 3 5 3 5 3 3 5 Oicomonas mutabilis 5 3 2 2 3 1 Bodo sp. 7 5 5 9 5 7 5 7 7 Sphaerotilus natans 3 3 3 3 3 5 3 3 3 Beggiatoa sp. 2 2 2 1 1 1 Thiotrix sp. 1 2 1 1 2 3 Fusarium aquaeductum 2 1 2 1 2 Alternaria tenuis 1 1 2 Amoeba proteus 1 Saccamoeba sp. 2 1 Polychaos sp. 3 Количество видов: 15 8 22 8 23 12 24 10 19 Изучение реальных ситуаций вспухания активного ила в процессе эксплуатации SEВ (Таблица 4.2.5) позволило установить, что диапазон оптимальных значений илового индекса для данных сооружений составляет 100 – 150 мл/г. Физические свойства иловой смеси при этих значениях индекса обеспечивают такое качество седиментации активного ила во вторичных отстойниках, при котором основные контролируемые параметры в очищенном стоке могут реально соответствовать нормативной очистке. Отклонение илового индекса от границ указанного диапазона во всех исследованных случаях служило объективным критерием дестабилизации системы. Таким образом, стабильность илового индекса – это надежный критерий хорошо отрегулированного режима эксплуатации биокомплекса и устойчивого состояния биосистемы, что в конечном итоге определяет нормативную очистку стоков.

Таблица 4.2.5. Изменение физических характеристик иловой смеси в условиях вспухания активного ила (SEB, 2004 - 2008) Состояние Причина Скорость Структура Граница Иловый активного ила вспухания оседания, хлопка оседания индекс, мин мл/г До вспухания 25 рыхлая чёткая перегрузка по орг. веществам Вспухание не оседает очень рыхлая не определяется До вспухания 12 компактная чёткая интоксикация активного ила Вспухание 40 ажурная размыта До вспухания 18 компактная чёткая изменение состава стоков Вспухание 50 очень рыхлая размыта В базу данных экспертной системы по технологическим параметрам «концентра ция активного ила», «удельная нагрузка на активный ил по БПК5» и «иловый индекс»

может быть внесена следующая информация и объекты:

150 – 250 мг/г – оптимальный диапазон удельной нагрузки по БПК5 на активный ил SEВ, в котором может быть обеспечена нормативная очистка сточных вод муниципия Кишинэу по биоразлагаемым органическим веществам;

100 – 150 мл/г – диапазон значений илового индекса, характеризующий состояние адаптированного биоценоза активного ила, при котором основные контролируемые параметры в очищенном стоке соответствуют нормативной очистке;

форма ввода данных планового лабораторного контроля по технологическим параметрам иловой смеси (Таблица 4.2.3) для формирования графических отчетов (Рисунки 4.30 – 4.32) о состоянии условий функционирования биокомплекса SEВ.

4.3 Гидробиологический анализ активного ила Активный ил представляет собой хлопковую структуру, образованную уникальным для каждого очистного сооружения сообществом микроорганизмов и выделяемыми этими организмами во внешнюю среду высокомолекулярными биополимерами (полисахариды, протеины, ДНК, РНК) и пищеварительными ферментами [78, с. 19]. Видовой состав биоценоза активного ила зависит от качественного состава обрабатываемых сточных вод, а его седиментационные свойства определяются условиями эксплуатации биокомплекса:

кислородным режимом, нагрузкой на активный ил, возрастом биомассы, временем пребывания во вторичных отстойниках, степенью регенерации возвратного ила и др.

4.3.1 Общая характеристика и видовой состав активного ила Общую характеристику свежеотобранных проб активного ила SEВ составляли по показателям, представленным в Таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1. Общая характеристика активного ила SEВ параметры Контроли руемые Цвет Структура Качество Наличие Специфические иловой хлопка/характер надосадочной эффекта загрязнения и смеси оседания жидкости всплывания запахи A B C D E хлопок не оформлен, физических параметров активного светло 1 ил не оседает, опалесцирует не всплывает пена коричневый границы нет Варианты модификаций хлопок ажурный, всплывают следы 2 светло-серый оседает медленно, мутная отдельные хлопья нефтепродуктов граница размыта ила прозрачная, хлопок оформлен, с мелкими всплывает часть гнилостный 3 серый оседает нормально, неоседающими осевшего ила запах граница есть хлопьями хлопок крупный, всплывает весь специфический 4 темно-серый оседает компактно, прозрачная осевший осадок запах граница четкая Органолептическую оценку качественных показателей активного ила дополняли характеристикой хлопковых структур, которую оценивали при микроскопировании натуральных проб иловой смеси.

Достаточно зрелый, хорошо адаптированный активный ил SEВ в соответствии с Таблицей 4.3.1 имеет алгоритм A3B3C3D1: он серого цвета, с оформленным хлопком, без специфических примесей и запахов, через 30 минут отстаивания образует осадок с достаточно прозрачной надиловой жидкостью. Био химический этап очистки данной станции не обеспечивает полную трансформацию аммонийного азота до нитритов и нитратов, поэтому активный ил из рабочей зоны аэротенков редко бывает нитрифицирующим - не всплывает после отстаивания. Ил из регенератора при хорошем режиме аэрации может быть нитрифицирующим, поэтому через 30 – 40 минут после отбора в условиях дефицита кислорода часть ила всплывает.

Характерным качеством активного ила SEВ является наличие в надосадочной жидкости мелких неоседающих хлопьев. По нашему мнению, этот эффект определяют условия эксплуатации сооружений: недостаточный возраст активного ила при высоких нагрузках по органическому веществу короткие пищевые цепи рыхлый хлопок с удельным весом, не обеспечивающим компактное осаждение. Таким образом, общая характеристика свежеотобранных проб активного ила из аэротенков и распределительных камер вторичных отстойников является достаточно объективной и самой оперативной оценкой состояния биосистемы очистных сооружений.

Для характеристики физиологического состояния гидробионтов активного ила разработана диагностическая карта, образец которой представлен в Таблице 4.3.2. При формировании вывода о состоянии биоценоза общая характеристика ила и физиологи ческое состояние особей учитываются в комплексе с показателями видового состава и количественных гидробиологических индексов.

Таблица 4.3.2. Диагностическая карта физиологического состояния гидробионтов активного ила Учитываемые параметры Оценка состояния A B C Активность низкая средняя высокая Упитанность низкая средняя высокая Размеры зооидов у перитрих мелкие средние крупные Форма зооидов округлая вытянутая образует раструб Состояние перистома закрыт открыт перистом не виден Стадия «telotrox» отсутствует единично часто Раздувание отсутствует единично преобладает Деформирование отсутствует единично преобладает Инцистирование отсутствует единично массовое Гибель отсутствует единично массовая В формируемой базе данных экспертной системы в блоке «Гидробиологический анализ активного ила» с параметром «общая характеристика», по нашему мнению, должны быть связаны:

матрица и весь контент Таблицы 4.3.1, содержащей варианты общей характери стики активного ила, которые могут быть дополнены по мере получения новых данных;

шаблон диагностической карты (Таблица 4.3.2) с вариантами оценки параметров по каждой технологической модификации активного ила.

Видовой состав активного ила определяется составом обрабатываемых сточных вод. Смешанный городской сток муниципия Кишинэу, который состоит из бытового, производственного и ливневого водосборов, является сложным субстратом, для полного биоокисления которого требуется хорошо адаптированный активный ил с достаточным количеством трофических уровней. Основу экосистемы активного ила составляют ценозы бактерий и простейших. Кроме этих основных групп гидробионтов в состав сообщества могут входить также водоросли, водные грибы, коловратки, нематоды, малощетинковые черви, личинки насекомых. Трофические уровни зрелого активного ила (среднена груженного по органическому субстрату) представлены на Схеме 4.3.1 [167, с. 22].

Правило экологической пирамиды природных биоценозов действует и в экосистеме активного ила: по мере перехода от более низких уровней пищевых взаимоотношений к более высоким, численность и биомасса организмов уменьшается. Регулируемая эксплуа тация биокомплекса значительно усложняет функциональные связи в искусственной экосистеме, поэтому в каждом конкретном случае изучение видового состава биоценоза активного ила и его способности к адаптации соотносят с показателями технологически регулируемых параметров и гидрохимической характеристикой очищаемого стока.

Схема 4.3.1. Трофические уровни экосистемы активного ила Многоклеточные беспозвоночные хищные малощетинковые хищничество коловратки черви Одноклеточные хищники Тип гетеротрофного питания специализированные:

неспециализированные:

Голозойное заглатывающие жертву высасывающие жертву Tokophria, Bodo edax Трофические уровни Euplotes, Didinium парализующие жертву Litonotus, Amphileptus Peranema trichoforum бактериофагия Глотатели: Седиментаторы:

нематоды свободноплавающие прикрепленные коловратки инфузории инфузории инфузории растворенными органическими Сапрозойное:

Инфузории Бактерии Жгутиконосцы веществами (редко) Органические вещества: растворенные и взвешенные Несмотря на то, что в разовых пробах иловой смеси состав биоценоза колеблется в пределах 20 – 30 таксонов, в базу данных экспертной системы были внесены все виды гидробионтов, когда-либо идентифицированные в активном иле данных сооружений и перифитоне вторичных отстойников, представители которого также участвуют в биохимических процессах на стадии отделения очищенной сточной жидкости от оседающего ила. Таксономический список гидробионтов с индексацией сапробности видов и зоны их обитания, определенной по [48, 82, 100, 114 – 116, 128, 134, 140, 165, 167, 176], представлен в Таблице 4.3.3.

Таблица 4.3.3. Таксономический список видового состава активного ила и перифитона биокомплекса SEВ муниципия Кишинэу Сапробность № Отдел : Класс : Порядок : Семейство Род : Вид п/п автор, год регистрации автор, год регистрации таксона зона индекс 1 2 3 4 Betaproteobacteria:

Zoogloea ramigera – 1 Itzigsohn 1868 3. Rhodocyclaceae Garrity et al. Betaproteobacteria:

Zoogloea filipendula 2 Beger 1928 3. Rhodocyclaceae Garrity et al. Betaproteobacteria:

Sphaerotilus natans –i 3 Ktzing 1833 4. Chlamidobacteriaceae Cladothrix dichotoma Betaproteobacteria: Ktzing –i 4 4. Chlamidobacteriaceae S. natans f. dichotoma (syn) Pringsheim Leptothrix ochracea Betaproteobacteria: Ktzing –i 5 4. Chlamidobacteriaceae S. natans f. ochracea (syn) Pringsheim Gammaproteobacteria:

Beggiatoa sp. –i 6 Trevisan 1842 4. Beggiatoaceae Migula Gammaproteobacteria:

Thiotrix sp. –i 7 Winogradsky 1888 4. Thiotrichaceae Garrity et al. Cyanophyta: Oscillatoriales:

Oscillatoria putrida 8 Schmidle 1901 3. Oscillatoriaceae Engler Cyanophyta: Oscillatoriales: Oscillatoria tenuis Agardh 9 2. Oscillatoriaceae Engler 1898 Phormidium tenue (syn) Komrek Cyanophyta: Oscillatoriales: Phormidium formosum Komrek – 10 2. Phormidiaceae Komrek 1988 Oscillatoria formosa (syn) Gomont Cyanophyta: Nostocales:

Aphanizomenon flos-aquae 11 Ralfs 1888 2. Nostocaceae Eichler Cyanophyta: Nostocales:

Anabena flos aquae 12 Brbisson 1888 2. Nostocaceae Eichler Cyanophyta: Chroococcales:

Microcystis aeruginosa 13 Ktzing 1846 2. Microcystaceae Elenkin Ascomycota: Dothideomycetes:

Alternaria tenuis 14 Nees 1816 3. Pleosporaceae Nitschke Ascomycota: Saccharomycetes: Meyen & Saсcharomyces sp. 15 3. Saccharomycetaceae G.Winter 1881 E.C. Hansen Ascomycota: Saccharomycetes:

Candida sp. 16 Berkhout 1923 3. Saccharomycetaceae G.Winter Ascomycota: Sordariomycetes:

Fusarium aquaeductum 17 Lagh. 1891 4. Nectriaceae Tul. & C. Tul. Zygomycota: Phycomycetes:

Mucor racemosus 18 Bull. 1791 3. Mucoraceae Dumort Oomicota: Oomicetes:

Leptomitus lacteus 19 Agardh 1824 3. Leptomitaceae Ktz. Продолжение 1 Таблицы 4.3. 1 2 3 4 Bacillariophyta Haeckel 1878:

Diatoma tenuis o– 20 Agardh 1812 2. Fragilariaceae Greville Aulacoseira granulata Bacillariophyta Haeckel 1878: Simonsen 21 2. Melosira granulata (syn) Melosiraceae Ktzing 1844 Ralfs Bacillariophyta Haeckel 1878:

Navicula angustata 22 W.Smith 1853 3. Naviculaceae Ktzing Bacillariophyta Haeckel 1878:

Stephanodiscus hantzschii – 23 Ehrenberg 1845 2. Stephanodiscaceae Glezer Bacillariophyta Haeckel 1878:

Cyclotella meneghiniana – 24 Ktzing 1844 2. Stephanodiscaceae Glezer Bacillariophyta Haeckel 1878:

Nitzscia palea – 25 W. Smith 2. Stephanodiscaceae Glezer Bacillariophyta Haeckel 1878:

Surirella ovata 26 Ktzing 1844 2. Surirellaceae Ktzing Dinophyta: Peridinea: Claparede & Peridinium tabulatum 27 1. Peridiniaceae Ehrenberg 1831 Lachmann Dinophyta: Peridinea:

Gymnodinium fuscum 28 Stein 1859 3. Gymnodiniaceae Lankester Dinophyta: Peridinea:

Amphidinium lacustre 29 Stein 1883 2. Gymnodiniaceae Lankester Dinophyta: Peridinea:

Katodinium vorticella o– 30 Fott 1956 1. Gymnodiniaceae Lankester Cryptophyta: Cryptophyceae Chilomonas paramecium m 31 Ehrenberg 1838 5. Campylomonadaceae Clay B.L.et al. Cryptophyta: Cryptophyceae:

32 Campylomonadaceae Clay B.L.et al.1999 Chilomonas oblonga Pascher 1914 3. Chlorophyta: Chlorophyceae:

Stigeoclonium tenue – 33 Ktzing 1843 2. Chaetophoraceae Greville Chlorophyta: Chlorophyceae:



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.