RU2751356C1 - Способ удаления азотсодержащих соединений из сточных вод - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано на муниципальных очистных сооружениях, на химических предприятиях, для очистки стоков животноводческих и птицеводческих комплексов, при переработке бытовых органических отходов. Способ удаления азотсодержащих соединений из сточных вод включает обработку сточной воды в аэробно-анаэробных условиях в реакторе, оснащенном носителем прикрепленного биоценоза - активного ила Анаммокс. Подачу сточной воды в реактор циклического действия осуществляют в течение 30 мин после 20 мин отстаивания. Сточную воду обрабатывают при поддержании в реакторе температуры на уровне 32±0,1°С в течение 5 ч 10 мин при попеременном, по 20 мин, аэрировании крупными пузырями воздуха и перемешивании мешалкой при 120-150 об/мин. Время полного цикла составляет 6 ч. Скорость подачи воздуха на момент запуска составляет 20 л/ч, содержание кислорода в реакторе варьируют в пределах 0,4-1,2 мг/л. Сточные воды обрабатывают в присутствии добавок метаболитов, выбранных из муравьиной кислоты (формиата), взятой в концентрации 50-100 мг/л или фолиевой кислоты (фолата), взятой в концентрации 0,1-0,5 мг/л. Изобретение обеспечивает повышение стабильности очистки сточных вод, а также сокращение времени прикрепления активного ила Анаммокс к носителю, т.е. сокращает период запуска новых биореакторов, использующих технологию с фиксированной биомассой активного ила Анаммокс, и продолжительность процесса в целом. 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 4 пр.

Description

Изобретение относится к области очистки сточных вод, а именно к очистке сточных вод от азота. Изобретение может быть использовано на муниципальных очистных сооружениях, применяющих технологию сбраживания осадка сточных вод, на промышленных предприятиях, для очистки стоков животноводческих и птицеводческих комплексов, анаэробных биореакторов для переработки бытовых органических отходов, а также в химической промышленности.

В настоящее время самой эффективной технологией удаления соединений азота из сточных вод по показателям себестоимости, минимальной площади, занимаемой биореактором, и энергопотреблению является технология типа Анаммокс. Такие технологии основаны на биохимическом процессе окисления аммония нитритом в бескислородных условиях (Anaerobic Ammonia Oxidation). Технологии типа Анаммокс являются самым молодым блоком технологий очистки стоков (первое промышленное внедрение состоялось в 2005 году, а на сегодня уже функционирует более 100 установок). Данные технологии развиваются и активно совершенствуются в разных направлениях - аппаратных, технологических, концептуальных. В настоящее время разработаны и внедряются в практику различные технологические схемы с использованием бактерий Анаммокс: DEMON, SHARON-ANAMMOX, ANITA-Mox, DeAmmon, OLAND, Canon, Deammox, DeAmmon, OLAND, SNAP, SAD, PANAM и другие (Kumwimba et all., Anammox-based processes: How far have we come and what work remains, A review by bibliometric analysis Chemosphere 238 (2020) 124627).

Известен способ удаления аммония из сточных вод, протекающий в аноксидных (бескислородных, но с альтернативным кислороду окислителем) условиях и осуществляемый группой специфических бактерий, при котором аммоний окисляется нитритом (например, US 5078884). В упомянутом и аналогичных способах обработки сточных вод (см. US 5259959, US 6485646, US 20060191846, WO 1998007664, WO 2013151836 Al, WO 2011110905) используются два последовательных процесса - аэробное окисление части аммония до нитрита, затем биологическая денитрификация, собственно процесс Анаммокс с использованием нитрита в качестве окислителя, а аммония - в качестве донора электронов с участием специфических анаэробных микроорганизмов (анаммокс-бактерий). Таким образом, технологический процесс Анаммокс состоит из двух самостоятельных, но связанных в единый технологический процесс блоков: нитрификации (окисления аммония до нитрита), и собственно процесса Анаммокс, окисление аммония нитритом. Эти процессы могут проводить в различных реакторах или в одном. Однореакторный вариант более распространен, т.к. имеет ряд преимуществ, в частности - более высокие удельные скорости удаления азота, а также небольшой объем биореакторов. В частности, одной из технологий, основанных на процессе автотрофного окисления аммония нитритом, является однореакторная технология Demon (RU 2530060, 10.10.2014).

В технологии Анаммокс существенным является процесс удержания биомассы, т.к. Анаммокс-бактерий относятся к одним из самых медленнорастущих микроорганизмов Земли. Для удержания в реакторе биомассы активного ила Анаммокс используются: традиционная гравитационная седиментация свободноплавающего ила (флоккулированного или гранулированного), отделение ила на циклонах, удержание активного ила на плавающем или стационарном носителях прикрепленного биоценоза («загрузках»).

Очистка с использованием плавающей загрузки описана в RU 2584574, 20.05.2016, где процесс удаления аммонийного азота осуществляют в однореакторном процессе в различных слоях биопленки, формирующейся на элементах подвижной загрузки. Однако при использовании плавающей загрузки существует риск ее потери (вместе с активным илом) вследствие нештатной или аварийной ситуации, что при медленной скорости нарастания активной биомассы ила Анаммокс означает потерю производительности реактора или снижение качества очистки стоков при сохранении расхода воды.

Этого недостатка (вероятности потери части биомассы Анаммокс), лишены технологии, в которых биомасса прикреплена к стационарному носителю. Например, известен способ очистки сточных вод от аммония и органического вещества и установка для его осуществления, где для очистки в аэробно-аноксидных условиях, протекающих одновременно, предложено использовать биомассу активного ила, содержащего специфические микроорганизмы, культивированные в биореакторе и приспособленные к условиям способа очистки воды (RU 2630238 06.09.2017).

Недостатком известного решения является неустойчивость первой технологической стадии - стадии частичной нитрификации. В научной литературе неоднократно отмечалось, что стадия нитрификации является весьма чувствительной к изменению параметров процесса, наличию токсикантов, приводящим к срыву процесса удаления азота в целом (например, Ma et all., Biological nitrogen removal from sewage via anammox: Recent advances Bioresource Technology 200, 2016, P. 981-990).

Из литературы известно, что существенным недостатком технологии Анаммокс является медленный рост бактерий Анаммокс, приводящий к длительному периоду запуска процесса ввиду необходимости нарастить достаточного количество активного ила. Срок вывода на проектную мощность технологического оборудования может занимать до двух лет (Van Der Star et all., Startup of reactors for anoxic ammonium oxidation: experiencesfrom the first full-scale anammox reactor in Rotterdam. Water Res. 2007. V. 41. P. 4149-4163).

Для ускорения запуска активности Анаммокс-бактерий известно использование добавок гидразина или гидроксиламина (Adams et all., The effect of carrier addition on Anammox start-up and microbial community: a review Rev Environ Sci Biotechnol, 2020, https://doi.org/10.1007/s11157-020-09530-4).

Однако, о веществах-стимуляторах бактерий-нитрификаторов, которые можно было бы использовать в технологических целях, в упомянутых источниках информации сведения отсутствуют.

Наиболее близкое техническое решение, выбранное нами в качестве прототипа, описано в статье: «Создание первой в России технологии типа Анаммокс» (Николаев с соавт., Водоснабжение и санитарная техника, №8, 2017, стр. 28-33). Известный способ удаления соединений азота из сточных вод включает обработку сточной воды в аэробно-анаэробных условиях в реакторе, оснащенном носителем прикрепленного биоценоза - активного ила Анаммокс. Способ предусматривает удержание биопленки Анаммокс на плоском стационарном носителе, наличие стадии доокисления и измельчение активного ила, содержащего специфические анаммокс-бактерий (Candidatus Jettenia mocvienalis). Известный способ позволяет сократить длительность запуска процесса на проектную мощность до 10 месяцев.

Однако недостатком известного способа является нестабильность процесса очистки в условиях резкого увеличения концентраций загрязнителей в очищаемой воде и также продолжительность периода прикрепления активного ила Анаммокс к носителю.

Задачей предложенного технического решения является разработка способа удаления соединений азота из сточных вод, характеризующегося повышенной стабильностью процесса при снижении длительности периода прикрепления активного ила Анаммокс к носителю, что напрямую способствует сокращению сроков выхода реактора на максимальную производительность.

Техническим результатом предлагаемого нами изобретения является повышение стабильности способа, в частности - в стрессовых условиях его осуществления, и повышения производительности процесса в целом за счет сокращения продолжительности стадии запуска. Кроме того, изобретение расширяет ассортимент способов очистки по технологии Анаммокс.

Поставленная задача решается описываемым способом удаления соединений азота из сточных вод, включающим обработку сточной воды в аэробно-анаэробных условиях в реакторе, оснащенном носителем прикрепленного биоценоза - активного ила Анаммокс, в присутствии добавок метаболитов, выбранных из муравьиной кислоты (формиата), взятой в концентрации 50-100 мг/л или фолиевой кислоты (фолата), взятой в концентрации 0,1-0,5 мг/л.

Предпочтительно, очистку воды осуществляют по однореакторной схеме в реакторе циклического действия (реактор типа SBR).

Предпочтительно, носитель активного ила Анаммокс выполнен из полимерного материала с развитой поверхностью.

Предпочтительно, полимерный материал с развитой поверхностью представлен волокнистым нетканым материалом, сформованный из смеси полиэтилена и полипропилена.

Активный ил Анаммокс может быть предварительно сформирован в другом биореакторе в условиях, аналогичных таковым в запускаемом рабочем реакторе, и затем закреплен на носителе прикрепленного биоценоза, либо сформирован непосредственно в рабочем реакторе.

Дня стабилизации процесса фолат или формиат можно подать, как в момент наступления стрессовых условий, так и превентивно в момент инокуляции биореактора активным илом.

Указанная выше совокупность признаков, включенная в независимый пункт формулы, не известна из уровня техники. В объеме вышеуказанной совокупности признаков достигается заявленный технический результат, подтвержденный ниже. Ни в научно-технической, ни в патентной литературе нами не обнаружены сведения о возможном влиянии отличительных признаков независимого пункта формулы (введение добавок указанных выше метаболитов в заявленном количестве) на технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного способа.

Можно отметить, что в способе по SU 546468, предусматривающем биологическую очистку сточных вод целлюлозно-бумажного производства от органических веществ, определяемых по БПК, рекомендовано введение в аэротенк активного ила и биостимулятора в виде состава, содержащего 11 различных витаминов, одним из которых является фолиевая кислота. Как видно, известное техническое решение направлено на решение иной задачи и на достижение иного результата (сокращение объема аэротенка и ускорение процесса биоокисления), применительно к другой группе микроорганизмов активного ила (гетеротрофных аэробных бактерий).

Кроме того, известен способ биологической очистки сточных вод, имеющих в составе отходы производства формальдегида, с помощью активного ила при проточном культивировании, где в качестве добавки вводят формальдегид и фолиевую кислоту в количестве 0,001-0,01 мг/л (SU 1581703, 1990). Известный способ решает задачу прироста массы ила за счет стимулирования усвоения активным илом формальдегида по восстановительному пути метаболизма. Таким образом, введение фолиевой кислоты в известном решении обеспечивает иной метаболизм процесса и соответственно иной технический результат.

Сущность предложенного изобретения поясняется далее с помощью примеров 1-4.

Технологическая схема процесса представлена на фиг. 1. Результаты осуществления способа отражены на фиг. 2 и 3.

На фиг. 1 приведена одна из возможных схем установки для осуществления способа, где соответствующие номера позиций обозначают следующие узлы:

1 - реактор-ферментер (1А - внутренняя часть, содержащая активный ил и очищаемую воду, 1Б - внешняя часть, термостатируемая рубашка),

2 - емкость для очищаемой сточной воды,

3 - емкость с водой для разбавления,

4 - магнитная мешалка,

5 - компрессор,

6 - перистальтический насос,

7 - магнит мешалки,

8 - подвес для магнита,

9 - носитель прикрепленного биоценоза,

10 - штуцер для подачи нагретой воды в контур терморегуляции,

11 - штуцер сброса очищенной воды.

На фиг. 2 представлена динамика удаления азота (А), эффективности удаления азота (Б) и вклада процесса деаммонификации в удаление азота (В) в ходе эксперимента с добавлением фолата и формиата.

На фиг. 3 представлена динамика прикрепления активного ила Анаммокс на носителе прикрепленного биоценоза (загрузочном материале) в присутствии биологически активных добавок: формиата и фолиевой кислоты.

Выбор нами метаболитов обусловлен следующим. По нашим данным анализа метагенома анаммокс-сообщества активного ила анаммокс-бактерий не могут сами синтезировать фолиевую кислоту (интермедиат синтеза нуклеиновых кислот), а формиат обеспечивает их автотрофный рост.Установлено, что добавление именно данных метаболитов положительным образом влияет на показатели роста и устойчивости (стабильности) процесса удаления азота.

Для осуществления способа с использованием активного ила, фиксированного на носителе прикрепленного биоценоза, и проверки влияния предложенных добавок на процесс Анаммокс был использован биореактор, состоящий из трех идентичных автономных биореакторов SBR-типа. Единичный реактор (ферментер) содержит два коаксиальных цилиндра из полиметилметакрилата. Пространство между внешним цилиндром и внутренним герметично, оно используется для термостатирования реактора.

Для этого во внешние стенки врезаны два штуцера, позволяющие пропускать в непрерывном режиме воду с заданной температурой. В боковых стенках внутреннего цилиндра врезано еще четыре штуцера - по два у дна и у поверхности: для подачи и слива воды и для взятия образцов. Рабочий объем реактора-ферментера 4,5 л.

В качестве активного ила, способного к осуществлению Анаммокс-процесса, нами был использован активный ил из реактора, осуществляющего Анаммокс-процесс и содержащий все необходимые группы микроорганизмов, такие как нитрификаторы первой группы, анаммокс-бактерий и другие (Марданов с соавторами, Динамика изменения состава микробного консорциума в процессе запуска однореакторной проточной лабораторной установки нитритации/Анаммокс // Микробиология. 2016. Т. 85. №. 6. С. 663-675.). Поэтому далее в примерах используется общее понятие «анаммокс-сообщество или активный ил».

Количества, т.е. концентрации добавок метаболитов: муравьиной и фолиевой кислот оказывают существенное влияние на достижение заявленного результата. Нами экспериментально установлены необходимые интервалы концентрации каждой из добавок, которые обеспечивают с одной стороны стабильность процесса, а с другой стороны снижают продолжительность начальной стадии процесса - прикрепления активного ила на загрузку. Снижение концентрации добавки ниже заявленного значения приводит к снижению достигаемых технических результатов: времени адгезии активного ила на 20-50% и эффективности удаления аммония на 10-15%. Превышение концентрации добавок выше заявленного значения нецелесообразно, поскольку удорожает затраты на операционные расходы по очистке сточных вод.

Ниже приведенный пример 1 проведен в условиях прототипа, т.е. без введения добавок метаболитов.

Примеры 2-3 проведены в условиях примера 1, но в присутствии добавок заявленных метаболитов, при оптимальных концентрациях муравьиной и фолиевой кислот, находящихся в середине каждого из заявленных интервалов.

Пример 1 - сравнительный (без введения добавок метаболитов).

Внутрь реактора-ферментера (позиция 1А на фиг. 1) помещен носитель, выполненный в виде жестко закрепленной цилиндрической загрузки из волокнистого нетканого материала (9), изготовленного из смеси полиэтилена и полипропилена (пористо-волокнистый носитель прикрепленного биоценоза «Поливом», ООО НПФ "ЭТЕК ЛТД") (D_Внутр.=85 мм, h=200 мм, m=82 г, общая площадь поверхности (с двух сторон) - 11,6 дм², объем загрузочного материала составлял 6% от рабочего объема реактора). Компрессор (5) подает воздух в нижнюю часть ферментера. В установке использовали крупнопузырчатую аэрацию для обеспечения более эффективного перемешивания. В период без аэрации перемешивание обеспечивали с помощью магнитной мешалки (4, 7, 8). Питающий раствор подавали перистальтическими насосами (6). Питающий раствор, подаваемый в нижнюю часть ферментера, вытесняет очищенную воду через верхний сливной штуцер. В этот период растворы практически не смешиваются, поскольку подаваемый раствор холоднее на 5°С и более, чем раствор в ферментере. Опытная установка содержит три конструктивно идентичных реактора-ферментера. Для подачи питающего раствора использовали перистальтический насос Masterflex L/S economy drive. С целью синхронизации подачи привод снабдили тремя насадками Easy-Load с норпреновым шлангом 6404-13, что позволяло параллельно подавать раствор во все три ферментера. Подачу воды для разбавления осуществляли насосом Masterflex L/S economy drive с насадкой High-Performance с норпреновым шлангом 06404-15, по одному насосу на ферментер. Для перемешивания использовали магнитные мешалки IKA C-MAG MS7 (4), для подачи воздуха -компрессор SCHEGO SW2 (5). Температурный режим задавали с помощью термостата-бани ELMI TV 2.03, который снабжен циркуляционным насосом для внешнего контура. Для контроля содержания кислорода использовали оксиметр Oxi 7310 WTW. Автоматизацию осуществляли с помощью программируемого таймера Siemens LOGO 6ED1.

Три реактора-ферментера эксплуатировали в одинаковом режиме в течение всего эксперимента. Время полного цикла - 6 часов. После 20 мин отстаивания подавали 1 л раствора, имитирующего сточную воду, в течение 30 мин. Всего 4 л в сутки. Затем 5 ч 10 мин ферментер попеременно (по 20 мин) аэрировали или перемешивали. Таким образом, с учетом рабочего объема - 4,5 л, среднее время пребывания раствора в ферментере составляло 27 часов. Воздух подавали крупными пузырями, с тем, чтобы не происходило залегания ила на дне. Перемешивание магнитной мешалкой осуществляли при 120-150 об/мин. Температуру поддерживали на уровне 32±0,1°С. На момент запуска скорость подачи воздуха составляла 20 л/ч, в ходе эксперимента ее увеличивали по мере нарастания биомассы. Содержание кислорода в ферментерах варьировало в пределах 0,4-1,2 мг/л, повышаясь по мере накопления биомассы бактерий. Скорость подачи регулировали по ротаметру.

Состав модельного раствора, имитирующего сточную воду, который поступает в реактор содержит (г/л): (NH4)₂SO₄ - 0,942; NaCH₃COO×3H₂O -0,04; KH₂PO₄- 0,044; NaHCO₃ - 2,1; рН 8.3. Подаваемый в реактор модельный раствор получали смешением концентрата-солевого раствора (2) и водопроводной воды (3) непосредственно перед подачей в ферментер.

В примерах с подачей заявленных добавок: фолата и формиата, их вводили в концентрат сточной воды. В результате биохимических процессов, протекающих в биореакторе, рН снижался до величин 7.7-8.2.

Еженедельно определяли в очищенной воде концентрацию ионов аммония, нитрита и нитрата стандартными методами. На основании полученных данных для оценки эффективности способа рассчитывали следующие производные величины: ΔΝ (количество удаленного азота (как разницу в концентрации минеральных форм азота в очищенной воде (NH₄, NO₂, NO₃) и в поступающей воде (NH₄), выраженное в мг/л и %%, а также dN_{Деаммонификации} (доля азота удаленного в ходе автотрофной и гетеротрофной деаммонификации - анаммокс-процесса и с участием бактерий-денитрификаторов, рассчитываемого как отношение количества азота, удаленного из реактора, ΔΝ, к количеству удаленного азота аммония ΔΝ-NH₄).

Данный пример иллюстрирует техническую возможность реализации предлагаемого способа в конкретной схеме очистки, но не ограничивается использованием только описанной установки.

Пример 2. Эксперимент по влиянию добавок, фолата и формиата, на процесс удаления азотсодержащих загрязнений в условиях резкого возрастания концентрации ионов аммония, проведен в реакторе, описанном в примере 1, при аналогичных параметрах способа.

Для инокуляции трех реакторов был использован активный ил Анаммокс, выкультивированный ранее в реакторе Анаммокс с аналогичным технологическим режимом. В каждый реактор было загружено по 3.8 г активного ила Анаммокс по сухому веществу. Активный ил Анаммокс прикрепился к загрузочному материалу-носителю в течение 3х недель. В течение всего периода эксплуатации количество взвешенных частиц было ниже 0.2 г/л. Очевидно, они были представлены слущивающейся биомассой Анаммоксила. Таким образом, масса свободноплавающего ила составляла не более ¼ от массы ила на загрузке. В течение первых трех недель также отлаживали стабильность технологических параметров (подача воздуха, работа мешалок и др.), стабильная работа реакторов началась с 3й недели, что и отражено на фиг. 2. В течение последующего этапа добились стабильности и одинаковости работы реакторов, после чего на 65й день увеличили концентрацию аммония в поступающей воде в 2 раза, до 400 мг/л, создав стрессовые условия.

К 65 дню все три реактора вышли на одинаковый и высокий уровень удаления азота - 82-85%. Отсутствие существенного роста эффективности удаления азота говорит о том, что в данных экспериментальных условиях достигнут максимум способности анаммокс-сообщества по удалению азота (0.06 г N/сут/дм² загрузки).

На 65 сутки была увеличена нагрузка по азоту за счет повышения концентрации аммония с 200 до 400 N-NH₄ для создания стрессовых условий, поскольку, несмотря на то, что аммоний является основным энергетическим субстратом, его высокие концентрации являются токсичными как для анаммокс-бактерий, так и для бактерий-нитрификаторов первой (нитрозо) группы (Aktan et al., Inhibitory effects of free ammonia on Anammox bacteria (2012). 23:751-762; De

et al., Kinetic models for nitrogen inhibition in ANAMMOX and nitrification process on deammonification system at room temperature. Bioresource Technology. (2016). 202. P. 33-41.).

Одновременно в один из реакторов в концентрат сточной воды добавлен формиат (75 мг/мл), а в другой - фолиевая кислота (0.2 мг/мл).

Сразу после увеличения концентрации аммония активность сообщества по удалению азота снизилась в контрольном варианте со 190 до 170 мг/л (на 10%), а также в присутствии муравьиной кислоты (на 15%) (фиг. 2 А), что подтвердило стрессовый (неблагоприятный) характер резкого - двухкратного повышения концентрации аммония. Присутствие фолата поддержало сообщество, и падение продуктивности составило всего 5%. При этом величина эффективности удаления резко уменьшилась по чисто арифметическим причинам, т.к. знаменатель уравнения для ее расчета увеличился в 2 раза (фиг. 2 Б). Важно отметить, что через 3 недели после смены режима культивирования резкое увеличение количества удаляемого азота произошло только в реакторе с добавкой муравьиной кислоты, что объясняется развитием процесса гетеротрофной денитрификации, поскольку в присутствии формиата в очищенной воде сразу же снизилось в 3-5 раз количество нитрата. Данный факт привел к росту показателя dN_{Демонификации} (доли азота удаленного только в ходе процесса деаммонификации) в реакторе с добавкой формиата (фиг. 2 В).

В течение 93-107 сут были испытаны разные концентрации добавок. На 93 сут концентрация фолата была снижена до 0.1 мг/л, формиата - до 50 мг/л, на 100е - увеличена до 0.5 и 100 мг/л, соответственно. Эти изменения не привели к существенным изменениям в показателях работы реакторов.

Данный пример иллюстрирует возможность полного прикрепления активного ила Анаммокс к носителю прикрепленного биоценоза, а также возможность использования добавок: формиата и фолата для стабилизации процесса удаления азота из сточных вод в стрессовых условиях.

Пример 3. Для проверки влияния фолата и формиата на скорость адгезии активного ила Анаммокс на загрузочном материале-носителе и для проверки другого режима добавления фолата и формиата, постоянного в ходе функционирования реактора, был поставлен еще один эксперимент.

Активный ил из реактора, описанного в примере 2, был смыт с загрузочного материала, и заново внесен в три ферментера в количестве 3.8 г/ферментер. Отличие от условий, описанных в примере 2, состояло в том, что фолат и формиат были добавлены вместе с активным илом. Динамика сорбции ила на загрузке представлена на фиг.3. В присутствии добавок в течение первой недели на загрузке было сорбировано 70-80% внесенного ила, в течение двух недель практически весь ил был сорбирован.

В то время как в контрольном варианте, соответствующем прототипу, сорбция шла хуже - через 1 неделю прикрепилось менее половины внесенного ила, полностью сорбция завершилась через 4 недели.

После установления в реакторах одинакового уровня удаления азота 70-75%, (50й день), проверяли влияние разных (повышенных и пониженных) концентраций фолата (0.1-0.5 мг/л) и формиата (50-100 мг/л) на эффективность удаления азота. В указанных интервалах концентраций эффективность процесса Анаммокс находится на одинаковом уровне.

На 110й день концентрация аммония в подаваемой на очистку воде была увеличена до 500 мг/л (в 2.5 раза), что привело к неодинаковым последствиям в эффективности удаления азота из реакторов (табл. 1). Масса удаляемого азота увеличилась во всех вариантах, причем, в наибольшей степени - в присутствии фолата и формиата (на 47% и 37%, соответственно), а по способу прототипа (контроль) - на 31%.

Данный пример иллюстрирует следующее.

A) применение фолата и формиата ускоряет прикрепление активного ила на носителе прикрепленного биоценоза.

Б) фолат и формиат могут быть применены для стабилизации процесса анаммокс в режиме превентивной подачи, т.е. до появления стрессовых условий.

B) сравнение условий подачи фолата и формиата (в момент стресса или превентивно), показывает, что подача вместе со стрессором оказывает больший защитный эффект, а применение формиата несколько более эффективно, чем фолата.

Пример 4. Оценка влияния фолата и формиата на разные группы микроорганизмов.

Динамика изменения концентраций соединений азота (аммония, нитрита и нитрата) в поступающей и очищенной воде реакторов Анаммокс до и после резкого возрастания аммония, поступающего в реактор, а также эффективности удаления азота суммированы в таблице 2.

Таблица 2. Направления изменения концентраций соединений азота (аммония, нитрита и нитрата) в очищенной воде реакторов Анаммокс после резкого возрастания аммония, поступающего в реактор, а также эффективности удаления азота, в присутствии добавок относительно контрольного варианта без добавок.

С учетом наличия функциональных блоков Анаммокс-сообщества (аммоний-окисляющих бактерий, АОБ, анаммокс-бактерий, АНХ, нитрит-окисляющих бактерий, НОБ, и нитрит-(и нитрат)-восстанавливающих бактерий, денитрификаторов) можно заключить, что формиат ингибирует НОБ и активирует гетеротрофных денитрификаторов, и незначительно и временно ингибирует бактерий АНХ (в течение короткого времени сразу после внесения); фолат активирует АОБ и АНХ.

Приведенные примеры доказали, что введение фолата и формиата в качестве добавок метаболита в заявленном интервале концентраций обеспечивает целенаправленное изменение активности различных групп бактерий, повышение эффективности процесса удаления азотсодержащих загрязнений за счет повышения стабильности способа и снижение продолжительности стадии запуска реактора по сравнению со способом-прототипом.

Изобретение также позволяет расширить ассортимент эффективных способов очистки водных сред, использующих технологию типа Анаммокс.

Claims (6)

1. Способ удаления азотсодержащих соединений из сточных вод, включающий обработку сточной воды в аэробно-анаэробных условиях в реакторе, оснащенном носителем прикрепленного биоценоза - активного ила Анаммокс, отличающийся тем, что подачу сточной воды в реактор циклического действия осуществляют в течение 30 мин после 20 мин отстаивания, сточную воду обрабатывают при поддержании в реакторе температуры на уровне 32±0,1°С в течение 5 ч 10 мин при попеременном, по 20 мин, аэрировании крупными пузырями воздуха и перемешивании мешалкой при 120-150 об/мин, время полного цикла составляет 6 ч; скорость подачи воздуха на момент запуска составляет 20 л/ч, содержание кислорода в реакторе варьируют в пределах 0,4-1,2 мг/л; сточные воды обрабатывают в присутствии добавок метаболитов, выбранных из муравьиной кислоты (формиата), взятой в концентрации 50-100 мг/л или фолиевой кислоты (фолата), взятой в концентрации 0,1-0,5 мг/л.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку воды осуществляют в реакторе циклического действия (типа SBR).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что носитель прикрепленного биоценоза выполнен из полимерного материала с развитой поверхностью.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что носитель прикрепленного биоценоза выполнен в виде пористого волокнистого нетканого материала на основе смеси полиэтилена и полипропилена.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при запуске реактора используют активный ил Анаммокс, сформированный предварительно в другом биореакторе в условиях, аналогичных условиям в запускаемом реакторе, или формируемый непосредственно в процессе запуска реактора.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для стабилизации процесса фолат или формиат подают в момент наступления стрессовых условий или превентивно в момент инокуляции.

Images