Нитрификация, денитрификация в биологической очистке воды

Для интенсификации процессов окисления органических веществ и выведения из сточной воды соединений азота и фосфора наибольшее распространение получила технология нитрификации, денитрификации и биологического удаления фосфора

Биогенные вещества (азот и фосфор) являются одними из основных составляющих компонентов сточной воды, присутствие которых в коммунальных или близких к ним по составу хозяйственно-бытовых водах фиксируется постоянно. Азот в сточной воде может быть представлен несколькими соединениями: азот аммонийный (NH₄¯), азот нитритов (NO₂¯), азот нитратов (NO₃¯), азот органический (в составе органических соединений). Фосфор в сточных водах находится в составе органических соединений (органический фосфор), полифосфатов (P₂O₅) и ортофосфатов (PO₄). Для совместного биологического удаления азота и фосфора из бытовых сточных вод в основном используется метод очистки свободно плавающим активным илом. Основная сложность совместного, или одновременного, удаления соединений азота и фосфора из сточных вод состоит в том, что для их изъятия требуются разные условия. Так, основным условием проведения процессов нитрификации и денитрификации является наличие активного ила, возраст которого составляет не менее 20 суток. Удаление же соединений фосфора оптимально при небольшом возрасте активного ила.

Для интенсификации процессов окисления органических веществ и выведения из сточной воды соединений азота и фосфора наибольшее распространение получила технология нитрификации, денитрификации и биологического удаления фосфора. Для её реализации необходимо организовать анаэробные и аноксидные (безкислородные) зоны. Организация таких зон позволяет повысить эффективность удаления органических веществ, соединений азота и фосфора, а также жиров, металлов, нефтепродуктов.

Использование технологии нитрификации, денитрификации и биологического удаления фосфора является наилучшим приёмом борьбы с нитчатым вспуханием активного ила, так как микроорганизмы – денитрофикаторы являются естественными антагонистами нитчатых бактерий.

Основным технологическим приёмом денитрификации является создание в части сооружений биологической очистки условий, при которых бактерии активного ила используют в качестве окислителя кислород нитратов (NO₃¯). В результате, инертный газообразный азот высвобождается в атмосферу. Эффективность нитрификации зависит от обеспечения процесса кислородом. Эффективность денитрификации зависит от обеспеченности процесса быстроразлагаемым органическим веществом.

Организация денитрификатора сводится, как правило, к выделению в аэротенке анаэробной и аноксидной зон. В анаэробной и аноксидной зонах, для предотвращения осаждения активного ила, устанавливаются погружные механические мешалки. Принципиальное отличие указанных зон в том, что в аноксидной зоне концентрация растворенного кислорода близка к нулю, а в анаэробной зоне близка к нулю концентрация нитритов и нитратов, которые являются источником кислорода для многих гетеротрофных бактерий. В аэробную зону помещается мелкопузырчатая аэрационная система.

Кроме существенного улучшения качества очистки по азоту и фосфору, при реализации схем нитрификации и денитрификации, удаётся достичь снижения энергопотребления на аэрацию и снижение объёма удаляемого из системы ила за счет повышения его седиментационных свойств. Это позволяет легче реагировать системе на залповые сбросы сточных вод с высоким содержанием загрязняющих веществ.

Согласно современным воззрениям, бактерии, участвующие в процессе удаления фосфора, способны запасать внутри своих клеток до 50% от массы сухого вещества - фосфора в виде полифосфатов. Эти полифосфаты используются в анаэробных условиях для поддержания жизнедеятельности бактерий. В качестве источника углерода в этих условиях используются запасные вещества, например, поли-β-оксимасляную кислоту или гликоген. В свою очередь, запасные вещества образуются из легкоразлагаемых веществ, например, ацетата. Эффективность процесса проведения удаления фосфора в виде полифосфатов с приростом ила зависит от обеспеченности CH₃COOH или другими летучими жирными кислотами.