ОЧИСТКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА

Очистка подземных вод от соединений азота - удаление этих соединений биохимическим способом с целью использования воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения. В подземных водах могут находиться органический азот, нитриты, нитраты и ионы аммония. Общее содержание их обычно не превышает 5 мг/л. Наличие соединений азота в воде может стать причиной развития микробиологических образований в водопроводных трубах и резко интенсифицировать процессы коррозии металла.
Органический азот входит в состав гуминовых веществ (25—60%), аминокислот (21 — 35%), хлорофилла (1—3%), пептидов и пр. Он может быть продуктом биологических процессов, а также попадать в подземные воды со сточными. В чистых водах содержание органического азота (по Къельдалю) не должно превышать 1 мг/л. Для очистки подземных вод от нитрат-ионов за рубежом применяют биологическую денитрификацию, используя в качестве источника углерода уксусную кислоту, природный газ (метан) , этиловый спирт и так далее. В нашей стране денитрификация подземных вод не применяется. Нитрит-ионы во много раз токсичнее нитратов. При взаимодействии их с различными аминами или алкилкарбонатами в организме человека могут образовываться канцерогенные нитрозосоединения. ПДК нитритов (по N02) для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования — 3,3 мг/л. Допустимое содержание нитритов в питьевой воде ~ 1 мг/л (по N). В воде из артезианских скважин на территории нашей страны наличие нитрит-ионов в концентрации > 1 мг/л встречается крайне редко. Наиболее часто возникает проблема удаления из воды аммонийного азота. При рН 6—8 в воде находится главным образом NH. Аммонийный азот может попадать в подземные воды со сточными водами; в результате аммонификации — разложения микроорганизмов азотсодержащих органических соединений (белков, мочевины, нуклеиновых кислот и т.п.), а также вследствие внесения удобрений в почву. Наличие в воде ионов аммония совместно с нитратами свидетельствует о недавнем загрязнении воды бытовыми сточными водами.
По отечественным нормам в источниках хозяйственно-питьевого водоснабжения содержание азота аммиака не должно быть выше 2 мг/л. Согласно европейскому стандарту в питьевой воде не должно быть аммонийного азота более 0,5 мг/л. Традиционный метод удаления ионов аммония из воды — хлорирование, которое можно осуществлять в зависимости от качества воды как до, так и за точкой перелома на кривой хлоропоглощаемости (зависимости концентрации остаточного хлора от его дозы). При хлорировании воды могут образовываться хлорамины, а также молекулы азота; удельный расход хлора составляет б—15 мг/л, минимальный теоретический расход — 3,55 мг/мг. Практически из всех существующих методов удаления аммонийного азота (аэрация в щелочной среде, обратный осмос, ионный обмен на клиноптилолите) наиболее приемлема биологическая нитрификация. Эта технология наиболее экономична и экологически чиста. Под биологической нитрификацией понимают процесс биологических превращений восстановленных соединений азота в окислении неорганического. Сначала аммонийные соединения окисляются бактериями родов: Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus (первая фаза) до нитритов. Затем нитрит-ионы окисляются бактериями родов: Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus (вторая фаза) до нитратов. Нитрификаторы — облигатные автотрофы развиваются также и в отсутствие органических соединений. При биологическом окислении аммонийного азота расходуется 4,6 мгО/мг, при этом образуется 0,09 мг биомассы. Применение иммобилизованных (закрепленных на поверхности зернистой загрузки) микроорганизмов повышает скорость реакции на порядок, причем важно повысить возраст активного ила. Биологический процесс нитрификации в значительной степени подвержен ингибированию. В порядке снижения ингибирующего воздействия ингибиторы располагают следующим образом: Си, Ag, Hg, Ni, Cr, Zn, фенол, цианиды. Нитрификация проходит эффективно при содержании растворенного кислорода > 4 мг/л. При содержании кислорода 2 мг/л эффект нитрификации достигает 50% максимального. Бактерии-нитрификаторы обладают слабой способностью к флокуляции. Поэтому материал твердого носителя, на котором закрепляются микроорганизмы, оказывает сильное влияние на эффективность процесса и соотношения продуктов реакции.
Скорость процесса окисления аммонийного азота зависит от возраста ила, температуры, рН среды, концентрации микроорганизмов, аммонийного азота, растворенного в воде кислорода, материала-носителя. Оптимальное значение рН процесса нитрификации 8. Процесс идет при температуре выше 5 С. Высокое содержание аммонийного азота в роде из артезианских скважин сопровождается присутствием и других нежелательных веществ, например марганца, железа, сероводорода, агрессивного диоксида углерода и т.д. Для очистки воды из артезианских скважин от сероводорода, аммонийного азота и удаления агрессивной углекислоты разработаны технологический процесс с использованием реактора биохимического окисления, после которого вода направляется на стандартные скорые фильтры. В этом процессе снижается также содержание диоксида углерода, метана, нефтепродуктов, фенолов, марганца, ПАВ, тяжелых металлов, органических веществ, нередко загрязняющих подземные воды. Реактор биохимического окисления представляет собой резервуар, загруженный гранитным щебнем (крупностью 10— 30 мм). Толщина слоя загрузки — 1 метр. По дну резервуара прокладываются 2 системы: для распределения воды и воздуха. Исходная вода подается через распределительную систему, поднимается снизу вверх, проходит через слой щебня и при этом барботируется воздухом, а затем отводится на стандартные скорые фильтры. На зернах загрузки реактора развивается биопленка, состоящая из активного ила, частицы которого выносятся из реактора и задерживаются на фильтрах. Период "созревания" микрофлоры, после которого эффект очистки от аммонийного азота становится максимальным и в дальнейшем не увеличивается, составляет 2—4 недели. После реактора биохимического окисления содержание взвешенных веществ превышает допустимое для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Высокомолекулярные электролиты интенсивно образуются в фазе эндогенной респирации, и в этой фазе способность микроорганизмов к флокуляции наибольшая. Важное влияние на флокулирующие свойства активного ила оказывают возраст ила и нагрузка на ил. Чем больше возраст ила и ниже нагрузка на ил, а также чем выше концентрация кислорода в воде, тем сильнее проявляется способность ила к флокуляции. Увеличение в несколько раз возраста ила в реакторе биохимического окисления по сравнению с возрастом активного ила в аэротенках (3—7 суток) — одна из важных причин более высоких технико-экономических показателей очистки природной воды в реакторе.