Особенности эксплуатации очистных сооружений при высоких концентрациях восстановленных соединений серы в сточных водах

Очистка сточных вод ст. Кущевская Краснодарского края осуществляется на комбинированных очистных сооружениях (КС). Сточные воды поступают в приемную камеру блока очистных сооружений канализации, направляются на ступенчатые решетки тонкой механической очистки, далее в вертикальные песколовки и затем в камеру смешения комбинированных сооружений (КС), выполненных из четырех секций, каждая из которых состоит из биофильтра с плоскостной загрузкой и аэротенка-отстойника. В камере смешения сточные воды смешиваются с циркулирующей иловой смесью, поступающей из аэротенков-отстойников, и направляются в системы орошения биофильтров. После биофильтров жидкость поступает в аэрационные колонны, в которые происходит водоструйное вовлечение воздуха. С помощью водовоздушной смеси осуществляется насыщение кислородом и перемешивание иловой смеси в аэрационной зоне аэротенка-отстойника. Очищенная вода в зонах отстаивания поступает в сборные лотки и отводится на обеззараживание и далее в биопруды.
Технологическая схема очистки сточных вод представлена на рис. 1.

При проектировании очистных сооружений состав загрязнений в сточных водах был принят в соответствии с данными, представленными администрацией станицы Кущевская и соответствуют среднестатистическим данным по составу хозяйственно-бытовых сточных вод. Пуско-наладочные работы были начаты в декабре 2008, при этом исходные показатели сточных вод были следующие: ХПК, мгО/дм³–до 400; БПК₅, мгО₂/дм³ до 200; Взвешенные вещества, мг/дм³, до 180; Фосфаты (РО₄³), мг/дм³-до 6; Ионы аммония, мг/дм³ до 25,0; Сульфиды+сероводород, мг/дм³–до 5. В течение января 2009 г ОС были выведены на рабочий режим: степень очистки достигла проектной по показателям ХПК и БПК₅ (соответственно 30 мгО/дм³ и 15 мгО₂/дм³). Остаточное содержание сульфидов и сероводорода в аэротенке составило 0,014 мг/дм³. В начале марта качественные показатели поступающих сточных вод резко изменились: ХПК, мгО/дм³ до 1400; БПК₅, мгО₂/дм³ до 720; Взвешенные вещества, мг/дм³, до 309; Фосфаты (РО₄³), мг/дм³ до 21; Ионы аммония, мг/дм³, до 84; Сульфиды+сероводород, мг/дм³ до 42,1. Исходная сточная вода мутная, окраска серая, наблюдался интенсивный запах сероводорода, что по-видимому обусловлено спецификой канализования малых населенных мест. Так, например станица Кущевская неканализована на 60%, в этом случае хозяйственно-бытовые сточные воды поступают в выгребные ямы и септики с последующим вывозом ассенизационными машинами на очистные сооружения. Кроме этого в станице имеется 800 подсобных фермерских хозяйств, сточные воды от которых также поступают в септики, в которых происходит биотрансформация органических веществ с выделением сероводорода, аммиака, фосфатов в сточную жидкость в высоких концентрациях. В весенний период при условии подъема уровня грунтовых вод началось подтопление септиков, в связи с этим одновременно был начат вывоз сточной жидкости на очистные сооружения. Другой причиной нехарактерных для обычных хозяйственно-бытовых сточных вод высокие значения Н₂S, являются инфильтрационные сероводородсодержащие грунтовые воды. Следует отметить, что характеристика сточных вод может изменяться в широких пределах даже в течение суток.
В период увеличения концентраций восстановленных соединений серы, в отстойной зоне аэротенка-отстойника КС было отмечено вспухание активного ила, при этом показатели очищенной воды превысили предельно-допустимые значения. Было принято решение о необходимости равномерного подвоза ассенизационными машинами сточных вод на очистные сооружения. Однако, концентрации загрязняющих веществ в сточных водах продолжали оставаться выше принятых расчетных, кроме этого следует отметить, что характеристика сточных вод изменялась в широких пределах даже в течение суток. В последствие произошла адаптация активного ила к соответствующим сточным водам. В течение следующих 10 месяцев эксплуатации очистных сооружений в режиме высоких исходных концентраций восстановленных соединений серы было установлено, что конструктивные особенности КС обеспечивают эффективную очистку по показателям ХПК и БПК₅ вследствие снижения негативного влияния сероводорода и сульфидов на окисление органических загрязнений. Это до
стигается за счет отсутствия первичных отстойников в технологической схеме, что приводит к прекращению процессов сульфатредукции на начальном этапе очистки. В системе орошения и в биофильтре с плоскостной загрузкой при пленочном истечении жидкости по поверхности загрузки происходит переход сероводорода в атмосферу согласно его парциальному давлению. Кроме этого в биофильтре происходит сорбция и окисление сульфидов иммобилизованной микрофлорой, что способствует понижению нагрузки по сульфидам на активный ил аэротенка. Система водоструйной аэрации, используемая в КС, дает возможность гибкого регулирования концентрации растворенного кислорода в иловой жидкости аэротенка. Кроме этого в системе аэрации КС отмечается более высокий коэффициент использования кислорода воздуха по сравнению с другими системами аэрации. Как показал процесс эксплуатации, в КС возможно достижение высокого качества очистки по всем показателям при исходном содержании восстановленных соединений серы до 14 мг/дм³, что является несомненным преимуществом КС относительно классических аэротенков.
При содержании сероводорода более 14 мг/дм³ рекомендуется двухступенчатая схема очистки, основанная на использовании преимуществ КС и применении реагентов-окислителей. На рис. 2 представлена технологическая схема, предназначенная для глубокой очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК_п от 100 до 1500 мгО₂/дм³, взвешенных веществ от 100 до 700 мг/дм³, суммарном содержании сероводорода и гидросульфидов до 40 мг/дм³, и азота аммонийного до 100 мг/дм³ .

Сточные воды после механической очистки, представленной решетками и песколовками направляется в камеру смешения КС первой ступени, в которую подают так же 30–35% раствор пероксида водорода. Ввод реагента обеспечивает окисление сероводорода и гидросульфидов до коллоидной серы и сульфатов и снижает их ингибирующее воздействие на биоценоз. Кроме этого, в соответствие с исследованиями, концентрация растворенного кислорода в сточной воде возрастает до 5-6 мг/дм³, что интенсифицирует процесс биологической очистки. Введение пероксида водорода в камеру смешения КС первой ступени целесообразно при концентрации восстановленных соединений серы свыше 20 мг/дм³, или при концентрации восстановленных соединений серы 8 мг/дм³ и более и концентрации органических веществ по БПК₅ более 500 мгО₂/дм³. Доза пероксида водорода определена эмпирически с учетом исходной концентрации восстановленных соединений серы и составляет 10–100 мг/дм³. В биофильтре происходит дегазация сероводорода, биодеградация органических загрязнений по БПК на 50-70% и процесс частичной денитрификации (10-15%). Продолжительность пребывания сточных вод в аэрационной зоне КС первой ступени составляет 1–3 часа. Эта ступень предназначена в основном для снижения концентрации органических веществ, восстановленных соединений серы и ассимиляции азота аммонийного. Для снижения нагрузки по органическим веществам на биоценоз КС первой ступени при концентрации органических веществ в сточных водах по БПК₅ более 500 мг/дм³ предусмотрена подача части ила из второй ступени КС сточных вод в камеру смешения первой ступени. Далее сточные воды направляют в камеру смешения КС второй ступени, в которой при низких нагрузках на ил по органическим веществам (0,05–0,1 кг/БПК на 1 кг беззольного вещества) осуществляется процесс полного окисления органических загрязнений и глубокие процессы нитрификации и частичной денитрификации азотсодержащих соединений. Период пребывания сточных вод составляет 4–7 часов. Туда же направляется на минерализацию ил из первой ступени. Предлагаемая технологическая схема обеспечит эффективную очистку сточных вод поселков и небольших городов с значительной протяженностью самотечных и напорных коллекторов, с содержанием в сточных водах сульфидов и сероводорода до 40 мг/дм³, аммонийного азота до 100 мг/дм³, образующихся в вследствие процессов гниения органических загрязнений в коллекторах и приемных резервуарах перекачивающих насосных станций, подвоза сточных вод из септиков и выгребных ям.