ВИВЧЕННЯ МОЖЛИВОСТІ ЗНЕШКОДЖЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ СТІЧНИХ ВОД, ЯКІ МІСТЯТЬ СПОЛУКИ АЗОТУ

Ю.О. Денисович, О.А. Трошина

Донецький національний технічний університет

В процесі коксохімічного виробництва утворюється велика кількість стічних вод, забруднених домішками органічного та неорганічного походження, в тому числі сполуками азоту, представленими іонами амонію, нітрит- і нітрат-іонами.
Сполуки азоту є токсичним, тому очищення води від них є необхідним перед її подальшим використанням. Частина очищеної води повертається у технологічний процес, а домішки, що знаходяться у ній, можуть викликати небажані результати, знижувати якість отриманих продуктів тощо, а недоочищена стічна вода, що скидається у водоймища, може стати причиною не тільки погіршення органолептичних властивостей, а й захворюваності серед населення, що використовує цю воду.
Найбільш ефективним методом видалення сполук азоту із стічної води є біохімічне очищення, що здійснюється співтовариством мікроорганізмів, яке включає безліч різних бактерій, простіших і ряд більш високоорганізованих організмів – водоростей, грибів та інших, зв'язаних між собою в єдиний комплекс складними взаємовідносинами.
Основна проблема процесу біохімічного очищення води від сполук азоту полягає в тому, що для окислення іонів амонію та для відновлення нітрат-іонів необхідно використовувати особливі групи мікроорганізмів. В існуючих процесах час перебування води у біологічних басейнах дозволяє окислити майже всі іони амонію, але його не вистачає на окислення органічного азоту, адже швидкість цього процесу значно менша попереднього.
Для видалення із стічних вод сполук азоту у світовій практиці знаходять методи нітрифікації та денітрифікації, що передбачають чергування аеробних та анаеробних зон в одному спорудженні. Однак, впровадження цих методів на існуючих спорудах обмежене із-за складності їх реконструкції з використанням спеціального обладнання.
Дослідження останніх років показують принципову можливість здійснення одностадійного процесу нітрифікації та денітрифікації в звичайних аеротенках. Доведено, що в частках активного мулу аеробні мікроорганізми екранують анаеробні денітрифікатори від впливу кисню, тому обидва процеси можуть відбуватися паралельно.
Головною умовою ефективності процесу нітрифікації та денітрифікації є підвищення віку активного мулу до (20 – 30) діб. Видалення амонійного азоту при цьому відбувається на (97 – 98) %. Показник ступеня денітрифікації збільшується до (50 – 65) %.
Це питання може бути вирішене завдяки використанню аеротенків з подовженою аерацію. Вони уявляють собою аеротенки – витиснювачі, що мають один – чотири коридори, вода та мул подаються в початок споруди, а суміш відводиться в кінці її. Теоретично режим потоку у витиснювачах має бути поршневим без продольного перемішування. Однак, як показали дослідження, в коридорних аеротенках існує значне продольне перемішування. В більшому ступені режиму витиснювачі відповідають конструкції аеротенків комірчастого типу.
Найбільш оптимальними температурами для здійснення процесу є (25 – 37) градусів. Мікроорганізми добре розвиваються при оптимальних умовах і зберігають свою життєздатність при коливанні температур в значних інтервалах. Якщо температурний режим не відповідає оптимальному, тоді ріст культури, а також швидкість обмінних процесів в клітці значно нижча за максимальні значення. Найбільш неблагоприємною для розвитку культури є різка зміна температур. Значно впливає на розвиток мікроорганізмів, а значить і на процес очищення в цілому рН. Значна частина бактерій розвивається найкраще в нейтральному середовищі або близькому до нього. Біологічне очищення є найбільш ефективним, якщо значення рН не виходить за межі (5 – 9), оптимальним вважається середовище з рН = (6,5 – 7,5). Відхилення рН призводить до зменшення швидкості окислення внаслідок обмеження обмінних процесів в клітині.
Кисневий режим відіграє найважливішу роль в забезпеченні процесів нітрифікації і денітрифікації, дефіцит кисню обмежує розвиток цих процесів. Для ефективного і економічного використання кисню необхідне використання сучасних модифікацій аеротенків. Серед існуючих типів аераторів до найбільш досконалих можна віднести трубчаті поліетиленові аератори різних вітчизняних виробників. Всі проміжні продукти денітрифікації і нітрифікації є токсичними, а їх наявність у системі не є бажаною. Якщо течія процесу порушується, то виділення вказаних продуктів може значно збільшитися.
Ще одним методом вирішення проблеми є знайдене у 1986 році анаеробне окислення (anammox) амонію, тобто мікробіологічна конверсія іонів амонію і нітрит-іонів до азоту. Anammox – це новий метод для видалення азоту із стічних вод. Він використовується для випадку високих концентрацій сполук амонію (> 0.2 г/дм³) і низьких концентрацій органічного вуглецю. Процес відбувається в два етапи – спочатку протікає часткова нітрифікація, а потім безпосередньо процес аnammox. В результаті сумарний процес супроводжується утворенням вільного азоту та води.
Зараз відомо як мінімум три види бактерій, що забезпечують anammox: Brocadia, Kuenenia і Scalindua. Перші два знайдені в системах колообігу стічних вод, третій, Scalindua, був знайдений в морських екосистемах, як наприклад, чорноморська. Всі три види мають загальне походження, але Scalindua є еволюційно більш досконалим.
Два процеси можуть звичайно бути реалізовані в двох окремих реакторах або в єдиній судині, як, наприклад, перший реактор anammox в м. Ротердам, Нідерландах.
Порівняно зі звичними нітрифікацією та денітрифікацією, цей метод зберігає 100 % необхідного синтетичного вуглецевого джерела і 50 % необхідного кисню. Це приводить до зменшення виробничих витрат на 90 %, зменшення в емісіях діоксиду вуглецю більш ніж на 100 % (процес супроводжується поглинанням двоокису вуглецю) і зниження витрат енергії. Стічні води є найбільш відповідними для проводження anammox, бо уявляють собою сукупність різних речовин, які є живильним субстратом для вищезазначених бактерій.

Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів/ Збірка доповідей VII Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів. Т.2 – Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2008.