СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ УДАЛЕНИЯ АЗОТА ИЗ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД

EXISTING METHODS AND TECHNOLOGIES FOR NITROGEN REMOVAL FROM URBAN WASTEWATER

Boris Kukushkin

Student, Department of Water Supply, Sanitation, Environmental Engineering and Chemistry, Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering (NNGASU),

Russia, Nizhny Novgorod

Mikhail Zhakevich

scientific supervisor, candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering (NNGASU),

Russia, Nizhny Novgorod

АННОТАЦИЯ

Статья обсуждает существующие методы и технологии, используемые для удаления азота из городских сточных вод. Азотные соединения в сточных водах являются серьезной проблемой, поскольку они могут вызывать эутрофикацию водных экосистем и негативно влиять на качество водоснабжения. В статье представлен обзор различных методов и технологий, таких как биологическое и химическое осаждение азота, процессы нитрификации и денитрификации, мембранная фильтрация и использование активированного ила. Каждый метод рассматривается с точки зрения его эффективности, степени удаления азота, требуемых ресурсов и операционной стоимости. Дополнительно, обсуждаются преимущества и ограничения каждой технологии. Основываясь на сравнительном анализе, статья делает вывод о необходимости комбинированного подхода и выбора оптимальной комбинации методов и технологий удаления азота в зависимости от специфических условий и требований каждой конкретной муниципальной системы очистки сточных вод.

ABSTRACT

The article is devoted to the existing methods and technologies of nitrogen removal from urban wastewater. The main problems associated with excessive nitrogen content in wastewater and its negative impact on the environment are considered. Various methods and technologies of nitrogen removal, including chemical and biological processes, are described. The advantages and disadvantages of each method and technology, as well as their effectiveness and economic feasibility are considered. The conclusions emphasize the importance of choosing the optimal method and technology for nitrogen removal in order to ensure the most effective purification of urban wastewater and reduce its negative impact on the environment.

Ключевые слова: азот, городские сточные воды, удаление азота, методы, технологии, биологическое осаждение, химическое осаждение, нитрификация, денитрификация, мембранная фильтрация, активированный ил, эутрофикация, водоснабжение.

Keywords: nitrogen, urban wastewater, nitrogen removal, methods, technologies, biological deposition, chemical deposition, nitrification, denitrification, membrane filtration, activated sludge, eutrophication, water supply.

Водные ресурсы нашей планеты становятся все более загрязненными, в том числе и азотом. Азот является необходимым элементом для жизни, но в избыточном количестве может привести к серьезным экологическим проблемам. Городские сточные воды являются одним из источников загрязнения водных ресурсов азотом, поэтому важно рассмотреть методы и технологии удаления азота из городских сточных вод [1].

Цель данной статьи - рассмотреть существующие методы и технологии удаления азота из городских сточных вод.

Существует несколько методов удаления азота из городских сточных вод: биологические, химические и физические.

Биологические методы включают в себя аэробные и анаэробные методы. Аэробные методы, такие как активный и синтез-газовый окислительные пруды, используют кислород для окисления азота. Анаэробные методы, такие как аноксические осадки и биологическая фильтрация, используют отсутствие кислорода для удаления азота [2].

Химические методы включают в себя окисление аммиака, обратный осмос и электродиализ. Каталитическое и хлорное окисление используются для окисления аммиака. Обратный осмос и электродиализ используются для удаления азота путем прохождения сточной воды через полупроницаемую мембрану.

Физические методы включают в себя ультрафильтрацию, нанофильтрацию и дистилляцию. Ультрафильтрация и нанофильтрация используются для удаления азота путем прохождения сточной воды через мембрану с очень маленькими отверстиями, которые задерживают азот. Дистилляция используется для удаления азота путем кипячения сточной воды и сбора конденсата [3].

Существует несколько технологий удаления азота из городских сточных вод: первичная очистка, биологическая очистка.

Первичная очистка является первым этапом очистки городских сточных вод и включает в себя отделение твердых и плавающих отходов. В процессе первичной очистки азот удаляется в основном за счет отделения плавающих отходов, которые содержат значительное количество азота в форме органических соединений.

Биологическая очистка — это процесс, при котором органические соединения в городских сточных водах разлагаются бактериями, которые потребляют кислород и выделяют азот в форме нитритов и нитратов (рис. 1). Чтобы удалить эти соединения, используются методы, такие как обеззараживание, фильтрация и нитрификационно-денитрификационный процесс.

Рисунок 1. Технологический процесс биологической очистки

Усреднение. Хозяйственно-бытовые стоки поступают самотеком/напорно в резервуар-усреднитель для выравнивания расхода и концентрации загрязняющих веществ в сточной воде. Резервуар-усреднитель оборудуется насосной группой для напорной подачи стоков на станцию биологической очистки ВВ, поплавковым выключателем для автоматизации работы насосов [5].

Механическая очистка. Вода, поступающая на станцию биологической очистки ВВ проходит через механическое сито с прозором 1 мм с автоматической системой промывки для эффективного удерживания мусора и частиц песка, поступающего со стоками. Уловленный мусор и песок сбрасывается в контейнер обезвоживания, оборудованный мешками из гидрофобного фильтрующего материала. После механической очистки вода поступает в биореактор для дальнейшей очистки.

Биологическая очистка стоков в аэробных условиях осуществляется в аэробной зоне сооружений биореактора, где происходит контакт со свободноплавающим активным илом. Для дыхания активного ила необходим кислород; для этого в аэротенке предусмотрена подача сжатого воздуха через систему мелкопузырчатой аэрации. В анаэробной зоне биореактора кислород отсутствует в свободном виде, однако он присутствует в химически связанном виде в форме нитратов, эта зона используется для обеспечения условий протекания процессов анаэробной стадии очистки сточных вод (денитрификации), в результате которых происходит окисление нитритов и нитратов до газообразного азота и углекислого газа.

Очистка на мембранных блоках (mbr): разделение активного ила и биологически очищенной воды производится с помощью микрофильтрационных мембран с очень низким сопротивлением, размещенных в аэробной зоне. Вторичные отстойники и блоки доочистки исключаются из технологической цепочки. Избыток ила, образовавшийся в результате прироста микроорганизмов, периодически отводится в блок обезвоживания. Обезвоживание происходит под действием гравитационных сил и вапоризации в специальном гидрофобном мешке. По мере накопления мешки по средствам мобильной ручной тележки-контейнера перемещаются на площадку хранения и далее - в место утилизации.

Обеззараживание. Очищенная вода проходит стадию обеззараживания (дезинфекции) для уничтожения содержащихся в них патогенных микробов и устранения опасности заражения водоема этими микробами при выпуске в него очищенных сточных вод. Процесс обеззараживания производится ультрафиолетом [6].

Сброс. После обеззараживания очищенная сточная вода усредненным расходом направляется на сброс под остаточным давлением.

В некоторых случаях может использоваться комбинация различных методов и технологий. Например, для удаления азота из городских сточных вод могут использоваться обеззараживание, фильтрация и нитрификационно-денитрификационный процесс в сочетании [7].

Важным аспектом применения методов и технологий удаления азота является их эффективность и экономическая целесообразность. Некоторые методы и технологии могут быть более дорогостоящими и трудоемкими, чем другие, и могут потребовать больших затрат на обслуживание и ремонт [8].

Удаление азота из городских сточных вод является важным этапом их очистки, поскольку избыток азота может вызывать серьезные экологические проблемы, такие как алгиевые цветения и загрязнение водных ресурсов.

Существует множество методов и технологий удаления азота из городских сточных вод, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Выбор конкретного метода и технологии зависит от многих факторов, таких как объем сточных вод, содержание азота и доступность ресурсов [9].

Несмотря на то, что некоторые методы и технологии могут быть более дорогостоящими и трудоемкими, чем другие, в долгосрочной перспективе их применение может оказаться более экономически выгодным, поскольку оно позволит снизить затраты на обслуживание и ремонт, а также уменьшить влияние городских сточных вод на окружающую среду.

Список литературы:

1. Сафронова Т.И. Обоснование метода управления агроресурсным потенциалом агроландшафтов / Т.И. Сафронова, А.Е. Хаджиди, Е.В. Холод // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 2. -С. 223.
2. Сафронова Т.И., Луценко Е.В. Исследование семантической информационной модели управления качеством грунтовых вод на рисовых оросительных системах // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного университета. 2004. №7. С. 5-28
3. Сафронова Т.И., Соколова И.В. Доказательство влияния контролируемого фактора. В сборнике: Итоги научно-исследовательской работы за 2017 год сборник статей по материалам 73-й научно-практической конференции преподавателей. - 2018. - С. 239-240.
4. Дегтярева О.Г., Сафронова Т.И., Дегтярев Г.В. Устройство для сбора нефтепродуктов с поверхности воды / Патент на изобретение RUS 222899819.08.2002.
5. Кузнецов Е.В., Сафронова Т.И., Приходько И.А. Системно-информационная оценка экологического состояния рисовой оросительной системы // Мелиорация и водное хозяйство. 2005. - № 3.
6. Сафронова Т.И., Харламова О.П., Приходько И.А. Регулирование солевого режима почв рисовых оросительных систем // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 36. С. 324-329.
7. Werkneh A. A., Beyene H. D., Osunkunle A. Recent advances in brewery wastewater treatment; approaches for water reuse and energy recovery: a review // Environmental Sustainability. 2019. Vol. 2. P. 199-209.
8. Aerobic granular sludge treating anaerobically pretreated brewery wastewater at different loading rates / A. Biase [et al.] // Water Sciense & Technology. 2020. Vol. 8, no. 82. P. 1523-1534.
9. Данилович Д. А. Будущее, которое уже наступило: технология гранулированного активного ила // НДТ. 2017. № 3. С. 10-11.