Трехстадийная обработка требует наибольших капитальных вложений, однако имеет неоспоримые преимущества в смысле надежности, стабильности и простоты действия. Кроме того, эта схема обеспечивает последовательность реакций превращения азотистых соединений в газообразный азот, лучшее удаление углерода, высокую степень нитрификации и денитрификации, что обусловлено использованием изолированной иловой культуры. Удаление углерода с одновременной нитрификацией (см. рис. 1а и 2а) требует длительного времени аэрации для нитрификации, что в свою очередь приводит к увеличению объема сооружений.

Как указывалось выше, для процессов денитрификации могут быть использованы резервуары с перемешиванием, а также колонны с насадками из гравийных зерен диаметром 2,5 см или частиц гравия диаметром 2-4 мм. Фильтры-денитрификаторы можно применять в схемах, представленных на рис. 3 (варианты II и III). Кроме того, на некоторых очистных сооружениях фильтры-денитрификаторы устанавливают непосредственно после вторичных отстойников (см. рис. 2а). Фильтры-денитрификаторы идеально приспособлены для формирования биопленки, заселенной денитрифицирующей микрофлорой, для них характерен малый вынос взвешенных веществ, отсутствует необходимость в рециркуляции сточных вод и активного ила, требуется меньшая продолжительность пребывания сточных вод в сооружении.

В кварцевых фильтрах-денитрнфикаторах с загрузкой крупностью 1-2 мм и с подачей воды сверху или снизу после промывки необходимо обеспечить условия для образования биопленки из денитрифицирующей микрофлоры на загрузке. При таком режиме работы фильтров необходимо иметь питомник денитрифицирующего ила с тем, чтобы после каждой промывки подавать в фильтр определенное число денитрификаторов или ставить промытый фильтр на созревание микрофлоры.

Пленочные денитрификаторы (рис. 4), работающие по принципу биофильтров, могут применяться для очистки сточных вод с широким диапазоном исходных концентраций нитратного азота. При концентрациях, не превышающих 500 мг/л, используется одноступенчатая схема обработки, при концентрациях 500-1000 мг/л рекомендуется двухступенчатая схема, которая состоит из денитрификатора I ступени, где происходит снижение концентрации нитратного азота до 350-500 мг/л, и денитрификатора II ступени, где концентрация снижается до требуемых пределов. Для обеих ступеней могут быть использованы одинаковые сооружения. Продолжительность пребывания сточных вод в пленочных денитрификаторах 2-3 ч.

1 - подача исходной воды; 2 - распределительная система; 3-водослив: 4-поливинилхлоридные пленки; 5-зона осветления: 6-отстойная зона; 7-выпуск осадка

В качестве контактной среды используются пластмассовые рулонные материалы (пленки винипластовые каландрированные, перфорированные, гофрированные и т. д.), стоимость которых составляет 7,2- 13,1 руб/м³ изделия. Основным преимуществом использования этих материалов является возможность установки их в аппарате по направлению движения воды. Это не препятствует нормальному росту денитрифицирующей биопленки и способствует смыву ее избыточного количества, чем исключается специальная регенерация загрузки.

При концентрации фосфора в воде водоема менее 0,001 мг/л эвтрофикация не наблюдается. Величина допустимой концентрации фосфора в сточных водах зависит от разбавления сточных вод в водоеме, фоновой концентрации в нем фосфора, наличия прочих источников фосфатов в сточной воде и обычно принимается равной 0,01-0,1 мг/л.

Среди различных методов биологическая очистка производственных сточных вод в аэротенках, по-видимому, является наиболее эффективной для снижения содержания фосфора. Остаточное количество фосфора после обработки в аэротенках и вторичных отстойниках может быть удалено на скорых фильтрах с обработкой сточных вод химическими реагентами - солями алюминия и железа, полиэлектролитами. Расходы реагентов определяются опытным путем. Наименьший расход реагентов наблюдается при введении их в биологически очищенные сточные воды перед скорыми фильтрами путем использования метода контактного коагулирования.

При загрязнениях, характерных для бытовых сточных вод (содержание общего фосфора 15-20 мг/л в пересчете на РО^3-₄, фосфатов 7-9 мг/л), введением максимально допустимых доз коагулянта снижают содержание фосфора на 90 %; остаточное содержание фосфора в очищенной воде в этом случае составляет 2-3 мг/л, а фосфатов - 0,2- 0,4 мг/л. Одновременно с этим благодаря коагулированию достигается весьма высокая эффективность глубокой очистки: содержание взвешенных веществ в фильтрате 3 мг/л, снижение БПК₅ до 60-80 % и ХПК до 40-60 %.

Опыты показали, что доза реагента зависит от начальной концентрации фосфора в сточных водах. При содержании фосфора до 10 мг/л необходимая доза реагента должна отвечать соотношению А1: Р =1 : 1, при содержании фосфора в исходных сточных водах более 10 мг/л доза реагента должна быть увеличена в 1,5 раза.

С увеличением концентрации фосфора в поступающей сточной воде эффективность его химического осаждения понижается и стабилизируется при значении 10 мг/л - Стабильная величина составляет 70 % при добавлении реагента в соотношении А1 : Р = 1 : 1 и 80 % при увеличении его дозы в 1,5 раза. Процесс химического осаждения фосфора протекает в течение первых 4-6 ч контакта, что вполне согласуется с продолжительностью обработки сточных вод в окислителе и денитрификаторе.

При начальной концентрации фосфора более Ср =10 мг/л та же самая эффектность по его удалению достигается при одновременном введении реагента в окислитель в соотношении А1 : Р = 1 : 1 и в денитрификатор в соотношении А1 : Р = 0,2 : 1. Общая доза реагента составляет С_A1=1,2Ср и уменьшается на 20% по сравнению с дозой с_а1 = 1,5Ср при введении только в окислитель.

При комплексном решении схемы удаления биогенных элементов из сточных вод реагент предлагается подавать только в денитрификатор. При этом его доза должна отвечать соотношению А1 : Р = 0,5 : 1.

Сравнение микробиологической картины активных илов из аэротенков с обычным режимом работы и при добавлении сернокислого алюминия позволяет утверждать, что добавление а1₂ (S0₄)₃ к сточным водам существенно не влияет на микробиологический состав активного ила, а различие микробиологических систем заключается в том, что в обычном аэротенке бактерии находятся в диспергированном состоянии, тогда как в аэротенке с добавкой алюминия в коалесцированном, что повышает эффективность снижения концентрации бактерий Coli.

Для расчета сооружений рекомендуется принимать скорости окисления органических загрязнений в нитрификаторе с учетом кислорода, необходимого на нитрификацию и денитрификацию, соответственно 22 и 8,9 мг/л беззольного вещества в час.

При удалении азота в аммонийной форме целесообразно применять фильтрование сточной воды через цеолитовую загрузку. Цеолиты, представляющие собой алюмосиликаты - минералы по происхождению, получают искусственно. Ионообменная способность цеолитов по NH₄-N достигает 500-700 мг-экв/кг. Степень удаления аммонийного азота составляет 90-97 %.

Рис. 5. Схема глубокой очистки сточных вод с применением цеолитовых фильтров

1 - подача биологически очищенной воды; 2 - барабанная сетка; 3 - приемный резервуар; 4 - насос: 5-входная камера; 6, 7-соответственно песчаный и цеолитовый фильтр; 8-подача раствора серной кислоты; 9, 11 - градирня соответственно для отдувки и нейтрализации аммиака; 10, 15 - удаление осадка на обработку; 12 - отвод воды в систему производственного водоснабжения; 13 - смеситель; 14-отстойник промывочного раствора; 16-затворный и растворный резервуары поваренной соли; 17 - расходный резервуар поваренной соли; 18 - резервуар промывной воды; 19-расходный резервуар коагулянта; 20-затворный резервуар коагулянта.

Сточная вода {рис. 5) после биологической очистки приходит барабанные сетки и приемный резервуар, а далее насосом подается во входную камеру, откуда поступает на песчаные фильтры. Перед входной камерой в сточную воду подается коагулянт (соли железа). Профильтрованная вода самотеком поступает на цеолитовые фильтры с нисходящим потоком движения воды. Очищенная от азота вода отводится в систему производственного водоснабжения.

Расчетные параметры ионообменной установки: скорость фильтрования 5-7 м/ч, высота фильтрующего слоя 2 м, продолжительность фильтроцикла 5-7 сут.

Загрузка цеолитовых фильтров периодически взрыхляется водой и регенерируется раствором поваренной соли. Скорость движения раствора при регенерации загрузки 2 м/ч, а продолжительность регенерации 2 ч. Соль загружается в затворный бак из автотранспорта и заливается водой до 25 %-ной концентрации, затем раствор разбавляется в расходном баке до 10%-ной концентрации, откуда подается на фильтры. Требуемое количество 10 %-ного раствора соли: 40 частей на 1 часть по объему цеолита.

Адсорберы могут быть с подвижной (по принципу противотока сточная вода подается снизу, а уголь-сверху) и неподвижной загрузкой, когда адсорберы работают в условиях нисходящего потока сточной воды. Как правило, несколько адсорберов соединены последовательно, поэтому сточная вода в начале контактирует с более загрязненным углем.

Термическая регенерация угля позволяет осуществить до 10- 20 последовательных циклов "насыщение-регенерация". Потери угля на истирание составляют примерно 5% за один цикл. Для глубокой очистки сточных вод используются отечественные активированные гранулированные угли марок АГ-3, АР-3, БАУ.

Схема глубокой адсорбционной очистки городских биологически очищенных сточных вод с целью их повторного использования в производственном водоснабжении Первомайского химического комбината представлена на рис. 6. В качестве сорбента используется микропористый активированный антрацит с зернами размером 0,25-1 мм.

Рис. 6. Схема адсорбционной доочистки с использованием

Потоки: I - сточная вода на очистку; II - регенерированный антрацит; III - активированный антрацит; IV- сточная вода на ионообменные фильтры; V - свежий антрацит на активацию; VI - водяной пар; VII - природный газ; VIII- дымовые газы; 1 - адсорбер; 2,3- печь соответственно регенерации и активации антрацита

Сточная вода поступает в нижнюю часть адсорбера, активированный антрацит-в верхнюю его часть. В процессе контакта воды и антрацита на нем адсорбируются органические загрязнения. Очищенная вода из верхней части адсорбера отводится на ионообменные фильтры для глубокой очистки от растворенных загрязнений, находящихся в воде в ионной форме, а затем поступает в систему производственного водоснабжения комбината.

Отработанный антрацит отводится из нижней части адсорбера на регенерацию, которая происходит под воздействием раскаленных (600- 700°С) газов, отходящих из печей активации (утилизация их теплоты повышает экономичность процесса). Органические загрязнения при этом выгорают, антрацит вновь обретает адсорбционную способность и возвращается в адсорбер. Активация антрацита происходит при температуре 800-900 °С в специальной печи под воздействием дымовых газов и водяного пара.

Преимуществом активированного антрацита, по сравнению с традиционными активированными углями, является в 1,5 раза большая пористость, поэтому потребность в нем в 2-8 раз меньшая; а продолжительность адсорбции снижается в 1,5-2 раза.

Кроме того, активированный антрацит можно добавлять в адсорберы в сухом виде: в течение 1 мин он, пропитавшись водой, оседает на дно.

За рубежом имеется значительный опыт глубокой сорбционной очистки сточных вод. Например, в штате Калифорния (США) работает установка производительностью более 35 тыс. м/сут. Продолжительность контакта воды с активированным углем на этой установке 15- 45 мин; ХПК сточных вод снижается с 10-18 до 1-6 мг/л, содержание ПАВ-с 1,1-2,9 до 0,002-0,05 мг/л; в очищенной воде БПКполн составляет менее 1 мг/л; Р0^3-₄-Р не превышает 0,1-1, a N0^1-₃0-N менее 2 мг/л. Уголь регенерируют в многоподовых печах.