êòóàëüíûå ïðîáëåìû ýêîëîãèè - Гродненский государственный

Ó×ÐÅÆÄÅÍÈÅ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈß
«ÃÐÎÄÍÅÍÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ
ÈÌÅÍÈ ßÍÊÈ ÊÓÏÀËÛ»
UNIWERSYTET W BIA£YMSTOKU
ÎÎÎ «ÁÈÎÊÎÌ»
À
ÊÒÓÀËÜÍÛÅ
ÏÐÎÁËÅÌÛ ÝÊÎËÎÃÈÈ
(Ãðîäíî, 23 – 25 îêòÿáðÿ 2013 ã.)
 2 ÷àñòÿõ
×àñòü 2
Ãðîäíî
ÃðÃÓ èì. ß. Êóïàëû
2013
УДК 628.31
А. Скайсгирене, В. Юцюте, Ц. Маченайте, Г. Г. Юхневич
ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ АЗОТА И ФОСФОРА
ПРИ БИОРАЗЛОЖЕНИИ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД
Сегодня на очистных сооружениях интенсивно разрабатываются и применяются биологические методы
очистки стоков, основанные на способности микроорганизмов разрушать твердые, коллоидные, растворенные
органические вещества. Становится все более очевидным необходимость строительства и реконструкции небольших очистных сооружений для отдельных жилых блоков, изолированных усадьб, малых населенных пунктов, которые не подключены к централизованной системе очистки сточных вод [1].
Широкое распространение биологического метода очистки сточных вод в современных условиях привело к возникновению новой экологической проблемы – процессу накопления осадка очистных сооружений [2].
Все основные способы обработки осадков сточных вод, в том числе избыточного активного ила, направлены на
уменьшение их объема и обеззараживание. Для стабилизации осадков часто используются биологические методы. При этом анаэробная деструкция больше подходит для крупных станций по очистке стоков, когда извлекается большое количество метана. Для малых и средних станций очистки сточных вод экономически более эффективным в сравнении с анаэробным процессом является аэробное разложение осадков, поскольку отличается
простотой, устойчивостью, взрывобезопасностью, меньшими капитальными затратами [3, 4]. В то же время в
процессе деструкции осадка, содержащего большое количество различных азот- и фосфорсодержащих веществ,
увеличивается выведение биогенов из этих компонентов, что требует дополнительной обработки иловой воды
до ее сбросов в водоемы [5].
Цель работы – изучение физико-химических показателей процесса аэробной биодеградации избыточного ила малых очистных сооружений и возможности сброса образуемой иловой воды в поверхностные водоемы.
Избыточный ил был взят на малых очистных сооружениях BIOCLARB90, используемых для обработки
сточных вод c. Гиндулай (Литва). Для проведения исследований использовался аэробный стабилизатор ArmfieldW11, в котором поддерживалась температура 20 °С и режим подачи воздуха снизу 3 дм 3/мин.
Исследование проводилось в течение 12 дней в двух вариантах: 1-й вариант – при высокой начальной
концентрации ила 5,0 г/дм3; 2-й вариант – низкой 0,5 г/дм3. Ежедневно устанавливали рН, концентрацию растворенного кислорода, количество осадка и концентрацию общего и органического углерода в осадке. В надосадочной воде определяли количество общего азота, органического углерода, общего фосфора ортофосфата [6,
7, 8].
Было обнаружено, что количество избыточного ила в условиях аэробной стабилизации через 12 дней
уменьшается на 28% при начальной концентрации ила 5,0 г/дм 3. В воде после биодеградации ила остаются тонкоизмельченные частицы, которые определяют мутность воды после оседания крупных частиц на дно стабилизатора.
При аэробной деградации в осадке сточных вод снижаются концентрации общего и органического углерода. Наиболее активно процесс лизиса клеток ила и превращением органического углерода в диоксид углерода происходит в течение первых двух суток. При высокой исходной концентрации ила содержание общего
углерода в осадках сточных вод за этот период уменьшается почти в 2 раза, к 7 суткам достигает минимального
значения 32,22 мг/ дм3. В целом за весь период исследования этот показатель изменился с 142,3 г/дм 3 до 45,18
г/дм3.
Резкое снижение органического углерода в первые 2-е суток соответствует начальный стадии развития
микробоценоза аэробного стабилизатора, в которой большинство микроорганизмов ила погибают из-за нехватки питательных веществ, а оставшиеся приспосабливаются к новым условиям с повышенным содержанием
кислорода и повышенной турбулентностью. К 12-ти суткам концентрация органического углерода в осадке
восстанавливается до исходного.
При более низкой начальной концентрации ила характер изменения количества общего и органического
углерода в осадке соответствует 1-му варианту опыта: на первом этапе – резкое снижение этих показателей, на
втором – стабилизация на определенном уровне.
В иловой воде неорганический углерод в 1-м опыте был найден только в первый день исследования
(0,016 мг/дм3). Концентрация органического углерода колебалась на протяжении 12 суток в пределах 39,01 –
43,40 мг/дм3, что связано как выходом клеточного содержимого при гибели клеток, так и с потреблением органического вещества для нового роста биомассы. При низкой исходной концентрации ила содержание органического углерода в иловой воде меньше (22,34–30,45 мг/дм3), чем в 1-м варианте опыта.
125
Азотсодержащие вещества избыточного ила в аэробных условиях подвергаются сначала процессу аммонификации, затем нитрификации, в результате чего при высокой исходной концентрации ила общее количество азота в иловой воде увеличивается к 12-м суткам с 2,2 мг/дм3 до 132 мг/дм3. Такое количество азота в
надосадочной воде значительно превышают допустимые пределы по азоту для сбрасываемой воды в открытые
водоемы и требуют при использовании аэробной стабилизации осадка сточных вод включение специальной
области удаления азота. При низкой исходной концентрации ила общая концентрация азота уменьшается к 3-м
суткам в 4 раз и соответствует нормативам. Установленный характер процесса во 2-м опыте связан с потреблением аммонийного азота медленнорастущими нитрифицирующими бактериями, развивающимися при низкой
концентрации органического углерода.
Исходная концентрация избыточного ила влияет и на скорость процесса биодеградации и потерь фосфора. Динамика концентрации общего фосфора и ортофосфатов в иловой воде в 1-м варианте опыта в первые 5
суток характеризуется незначительными прыжковыми переходами этих параметров (для общего фосфора 1–3
мг/дм3, ортофосфатов 0,5–2,2 мг/дм3), что обусловлено колебаниями биохимической активности микроорганизмов в начальный период в аэробном стабилизаторе, в том числе процессов превращения органического
фосфора в ортофосфаты и полифосфаты и наоборот. К 7-м сут. концентрация общего фосфора увеличивается в
4 раза и составляет 8,75 мг/дм3, что значительно превышает установленные нормативы. Максимальное значение концентрации оргтофосфатов в иловой воде при высокой нагрузке на стабилизатор наблюдается на 11-е
сут. Во 2-м варианте опыта существенных изменений концентраций общего фосфора и ортофосфатов в надосадочной воде не установлено.
Таким образом, при начальной концентрации ила 5,0 г/дм 3 в начале процесса аэробной деструкции ила
очистных сооружений BIOCLARB90 отношение C:N:P в надосадочной воде составляет 101:19:1. Наблюдаемый
в первые дни активный процесс деструкции избыточного ила приводит к снижению концентрации органического углерода. Стабилизация процесса составляет от 2 до 7 дней. К 12-м сут. соотношение биогенов в иловой
воде оценивается как C:N:Р = 5:15:1, что свидетельствует о повышенном содержании азота и фосфора. При
сбросе образуемой после стабилизации осадка малых очистных сооружений надосадочной воды в открытые
водоемы существует риск превышения пределов концентрации биогенных элементов, тем самым возможна
эфтрофикация этих водоемов (для водных организмов оптимальное соотношение C:N:P = 106:13:1, для гетеротрофных микроорганизмов C:N:P = 100:5:1) [5].
В то же время, при обработке городских сточных вод используется соотношение БПК полн:N:Р = 100:5:1,
и, следовательно, содержание азота в иловой воде, образуемой при аэробной стабилизации избыточного ила
малых очистных сооружений BIOCLARB90, в 3 раза выше, чем необходимо для роста гетеротрофных микроорганизмов и удаления фосфора из сточных вод. Присутствие достаточного количества углерода в очистных сооружениях позволит эффективно удалять фосфор из надосадочной воды при ее возврате в систему очистки
сточных вод.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Casey T. J. Unit Treatment Processes in Water and Wastewater Engineering. New York: John Wiley & Sons, 1997. – 280 p.
Wei, Y.; Houten, R.T.; Borger, A.; Eikelboom, D.; Fan, Y. Minimization of excess sludge production for biological
wastewater treatment. Water Research. – 2003. – Volume 37, Issue 18, 4453-4467 p.
Carrere, H.; Dumas, C.; Battimelli, A. Pretreatment methods to improve sludge anaerobic degradability: a review. Journal of
hazardous materials. – 2010. – Vol. 183, 1-15 p.
Song L. J. 2010. Enhancement of waste activated sludge aerobic digestion by electrochemical pre-treatment. Water research.
44, 4371-4378 p.
Song, K. G.; Cho, J.; Ahn, K. H. Effects of internal recycling time mode and hydraulic retention time on biological nitrogen
and phosphorus removal in a sequencing anoxic/anaerobic membrane bioreactor process. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2008. 135-142 p.
EN 872:2005. Water quality – Determination of suspended solids - Method by filtration through glass fibre filters. 10 p.
EN 13137:2001. Characterization of waste – Determination of total organic carbon (TOC) in waste, sludges and sediments.
20 p.
EN ISO 6878:2004. Water quality – Determination of phosphorus – Ammonium molybdate spectrometric method (ISO
6878:2004). 23 p.
It established accumulation of nitrogen and phosphorus in the interstitial waters for aerobic sludge stabilization of small
sewage treatment plants,which may lead to discharge to surface waters to eutrophication.
126
Скайсгирене А., Университет Клайпеды, Клайпеда, Литва,e-mail: [email protected].
Юцюте В., Университет Клайпеды, Клайпеда, Литва,e-mail: [email protected].
Маченайте Ц., Университет Клайпеды, Клайпеда, Литва,e-mail: [email protected].
Юхневич Г. Г., Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, Гродно, Беларусь, e-mail:
[email protected].
УДК 627.1
О. С. Сулимова, А. А. Жукова, Б. В. Адамович
СОДЕРЖАНИЕ СЕСТОНА И ХЛОРОФИЛЛА В ПРУДАХ РЫБОВОДЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВ И
ВОДОТОКАХ СЕВЕРО-ЗАПАДА БЕЛАРУСИ
Мониторинг состояния водных объектов позволяет оперативно отслеживать состояние природных поверхностных вод. Для оценки состояния водных объектов в гидробиологической практике широко применяются такие показатели, как содержание взвешенного в воде вещества (сестона) и хлорофилла. Содержание в воде
взвешенных неорганических и органических частиц, а также обитающих в толще воды мелких организмов влияет на прозрачность и на проникновение света, температурный режим, скорость осадконакопления и др. [1].
Кроме того, сестон может являться одним из основных компонентом, превышающих ПДК для сбросных вод.
Концентрация хлорофилла широко используется в гидробиологической практике для оценки обилия фитопланктона, который также зачастую является важной компонентой в составе сестона [2].
Цель данной работы – выявить различия в содержании сестона и хлорофилла в воде прудов рыбоводческих хозяйств, малых и крупных реках северо-запада Беларуси.
Исследования проводили ежеквартально на протяжении вегетационного сезона в 2011 и 2012 гг. На
крупных реках – Вилия и Западная Двина – было заложено соответственно 5 и 7 створов; по 3 створа были обследованы на малых реках Уша, Смердия, Цна, Дисна, Голбица, Нача, Нежелевка. Пробы также отбирали в
прудах 4 рыбоводческих хозяйств: «Вилейка» и «Грицево» (бассейн р. Вилия), «Навлица» и «Новинки» (бассейн р. З. Двина). Содержание взвешенных веществ в воде определяли гравиметрически, путем фильтрации
проб воды через ядерные фильтры с диаметром пор 1 мкм и последующим их высушиванием при 70 °С до постоянной массы. На этих же фильтрах определяли содержание хлорофилла спектрофотометрическим методом с
экстракцией пигментов в 90 % ацетоне [3, 4]. Весь массив данных о содержании сестона и хлорофилла разделиBox Plot of multiple variables
ли на 4 группы: р. Вилия, р. Западная Двина,
малые реки и пруды рыбоводческих хозяйств (рисунки 1, 2).
Spreadsheet1 12v*46c
Median; Box: 25%-75%; Whisker: Non-Outlier Range
14
12
10
8
6
4
2
0
Median
25%-75%
Non-Outlier Range
Пруды
Вилия
З.Двина
мелкие
Рисунок 1– Содержание сестона (мг/л) в исследованных водных объектах (на графике точкой отмечены медианы для выборки, прямоугольником – процентили, усами – размах между минимальным и максимальным значениями)
По содержанию взвешенных веществ во всех исследованных водных объектах наблюдались сходные
значения – в основном, содержание взвешенных веществ колебалось от 2 до 6 мг/л. Несколько более низкие
медианные значения сестона отмечены в Западной Двине по сравнению с более эвтрофированной р. Вилия и
малыми реками. Наименее вариабельны оказались величины этого показателя в воде прудовых хозяйств, в которых диапазон колебаний сестона был вдвое меньше, чем в реках.
По содержанию хлорофилла, в отличие от сестона, наблюдали четко выраженные различия в разных
группах водных объектов (рисунок 2).
127