Способ очистки сточных вод от аммонийного азота

 

Изобретение относится к технологии очистки сточных вод от аммонийного азота. Способ биохимической очистки сточных вод от аммиачного азота включает стадии биохимической нитрификации и денитрификации с поддержанием рН на стадии нитрификации не ниже 6,5-7,0. Поддержание заданного рН на стадии нитрификации осуществляют вводом в сточные воды, подаваемые на денитрификацию, заданного количества нитратных и/или нитритных соединений, которые могут быть введены в виде водных растворов. Способ обеспечивает высокую степень очистки сточных вод от аммонийного азота без использования щелочных реагентов. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от аммонийного азота и может быть использовано в отраслях промышленности, сточные воды которых содержат аммонийный (аммиачный) азот, например для очистки сточных вод коксохимического производства.

Сброс стоков с продуктами, содержащими аммиачный азот, приводит, как известно, к заболачиванию водоемов и поэтому очистка их от этого азота является неотложной задачей.

Аммонийный азот содержится в сточных водах в виде различных солей и в виде свободного аммиака.

Известен химический способ очистки сточных вод коксохимического производства от связанного аммиака, где вначале обработку сточных вод проводят гидроксидом натрия для разложения связанного аммиака, а затем проводят отгонку образующегося при этом свободного аммиака паром. Остаточное содержание аммиачного азота по данному способу очистки может составлять около 25 мг/л [1] .

Недостатками известного способа являются применение дефицитного и дорогостоящего продукта - гидроксида натрия в большом количестве - 0,2 кг на 1 т коксуемой шихты, достаточно высокое остаточное содержание аммиака в сточных водах, а также значительные затраты, связанные с отгонкой аммиака.

Известен биологический метод очистки сточных вод коксохимического производства от аммонийного азота до содержания его менее 25 мг/л, включающий окисление аммонийного азота (нитрификацию) до нитритов и нитратов в аэробных условиях при pH 6,5 - 7,0 в присутствии нитрифицирующих бактерий с последующим восстановлением нитратов и нитритов (денитрификацией) до газообразного азота в анаэробных условиях в присутствии денитрифицирующих бактерий [1] . При этом в процессе нитрификации образуется свободная азотная кислота, накопление которой приводит к изменению (снижению) pH, вследствие чего процесс окисления аммиачного азота прекращается. Для нейтрализации кислоты на нитрификацию возвращают денитрифицированную сточную воду, поскольку pH ее больше 7 вследствие того, что в процессе денитрификации образуется дополнительная щелочность. Однако стехиометрическое соотношение щелочности и кислотности, образующихся при процессах нитрификации и денитрификации, соответствует только 1:2, что приводит к необходимости введения в сточную воду на нитрификацию гидроксида натрия из расчета 0,1 кг на тонну коксуемой шихты. Химизм основных процессов нитрификации и денитрификациии может быть представлен нижеследующими реакциями: Данный способ взят в качестве прототипа.

Недостатком данного решения является необходимость использования для поддержания заданного pH таких дефицитных реагентов как NaOH, Na₂CO₃ и др. Кроме того, NaOH является небезопасным для здоровья человека реагентом.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Задача решается за счет того, что в известном способе очистки сточных вод от аммонийного азота, включающем стадии биохимических процессов нитрификации и денитрификации с поддержанием pH на стадии нитрификации не ниже 6,5 - 7,0, поддержание требуемого pH на стадии нитрификации осуществляют введением в сточные воды нитритных и/или нитратных соединений.

Задача решается также за счет того, что нитратные и/или нитритные соединения вводят в виде их водных растворов, например сточных вод. Введение в сточную воду дополнительно нитратных и/или нитритных соединений позволяет поддерживать pH не ниже 6,5 - 7,0 за счет увеличения щелочности сточных вод при их биологической денитрификации, поскольку ионы нитратов и нитритов при биохимической очистке переходят в N₂ и OH^-.

Ввод в сточные воды нитратных и/или нитритных соединений в виде их водных растворов дает возможность использовать для получения дополнительной щелочности сточные воды других производств, содержащих эти соединения, например сточные воды азотно-тукового производства.

Количество вводимых в сточную воду нитратов и/или нитритов зависит от исходной щелочности сточной воды, ее состава, от принятой технологической схемы очистки и определяется расчетным путем.

Так, теоретический расход нитрита и/или нитрата натрия для очистки сточной воды, не содержащей исходной щелочности, а также нитратных и/или нитритных соединений, определяется исходя из расчета: 1 мг азота нитрата и/или нитрита на 1 мг аммонийного азота. Этот расчет приемлем для технологической схемы очистки сточных вод, в которой предусмотрено проведение нитрификации-денитрификации в одном реакторе путем периодического создания аэробных и анаэробных условий для жизнедеятельности нитри-денитрифицирующих микроорганизмов. Для технической схемы, включающей последовательно установленные нитрификаторы-денитрификаторы, целесообразно применение избытка солей нитратов и/или нитритов исходя из расчета: на 1 мг аммиачного азота требуется 1,2 - 1,5 мг азота нитритов и/или нитратов. Это позволит либо уменьшить число ступеней очистки от аммиачного азота до 2-х, либо исключить необходимость циркуляции (возврата) сточной воды по схеме: денитрификатор - нитрификатор - денитрификатор для использования щелочности, образующейся в денитрификаторе в процессе нитрификации.

Осуществление способа биологической очистки сточных вод от аммонийного азота в соответствии с предлагаемым техническим решением может быть проведено в соответствии с нижеследующим описанием.

Пример 1. Очистку сточных вод ведут в установке, состоящей из нитрификатора и денитрификатора.

Сточные воды коксохимического производства (КПХ), содержащие 0,350 г/л аммонийного азота подают в денитрификатор, куда загружают нитрат натрия в количестве, рассчитанном исходя из соотношения 1,5 г азота нитрата натрия на 1 г аммонийного азота, то есть 3,195 г NaNO₃ на 1 л сточной воды, и сточные воды подвергают биологической денитрификации до остаточного содержания нитратов не более 0,1 г/л. После денитрификатора сточную воду передают в нитрификатор, где проводят частичную (≈ на 70% от исходного содержания аммонийного азота) биологическую нитрификацию солей аммония до остаточного содержания аммонийного азота ≈ 100 мг/л и pH не менее 6,5 - 7,0, то есть практически до полного потребления щелочности, полученной вследствие денитрификации добавленного нитрата натрия. После нитрификации сточную воду вновь возвращают в денитрификатор для получения щелочности за счет нитратов и нитритов, образовавшихся в процессе нитрификации, до остаточного содержания последних в сточной воде не более 15 мг/л. Далее сточную воду возвращают в нитрификатор, где проводят нитрификацию оставшегося количества аммонийного азота, а затем в денитрификатор для разложения образовавшихся при этом нитратов и нитритов. Получают сточную воду с содержанием аммонийного азота и азота нитратов-нитритов не более 10 - 15 мг/л.

Пример 2. 100 м³ сточных вод КХП, содержащих 0,45 г/л аммонийного азота смешивают со 150 м³ сточных вод азотно-тукового производства с содержанием нитритов (NO₂^-) 1,48 г/л.

Количественное соотношение смешиваемых вод определяют исходя из расчета: 1 г азота нитритов должен приходиться на 1 г аммонийного азота. Далее смесь вод подвергают биологическим процессам денитрификации и нитрификации в одном и том же реакторе путем чередования аэробных и анаэробных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, поддерживая таким образом требуемую щелочность сточной воды. Получают сточную воду с содержанием аммиачного азота и азота нитратов не более 5 - 15 мг/л.

Предлагаемый способ очистки сточных вод от аммонийного азота позволяет отказаться от применения таких дефицитных дорогостоящих щелочных реагентов как NaOH, Na₂CO₃, K₂CO₃ и использовать для достижения поставленной задачи доступные материалы как природные, так и синтетические нитратные и/или нитритные соединения.

Литература 1. Кокс и химия. 1993, N 9 - 10, с. 41.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод от аммонийного азота, включающий стадии биохимических процессов нитрификации и денитрификации с поддержанием pH на стадии нитрификации не ниже 6,5 - 7,0, отличающийся тем, что поддержание pH на стадии нитрификации осуществляют вводом в сточные воды нитратных и/или нитритных соединений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитратные и/или нитритные соединения вводят в виде их водных растворов.