Из всего сказанного выше следует, что, если сточную воду предполагается сбрасывать в ручьи, озера или реки, то наряду с удалением органического вещества из стоков необходимо проводить нитрификацию.

При биологической очистке сточной воды нитрификация протекает либо параллельно с превращением органических веществ, либо как отдельный процесс. В обоих случаях окисление аммония в нитрат происходит под воздействием одних и те же микроорганизмов. Следовательно, эти два процесса имеют много общего. Очистное сооружение, предназначенное для нитрификации, может представлять собой реактор с активным илом или биофильтр (капельный фильтр, аэрируемый фильтр, реактор с вращающимися дисками и др.).

Биологическая денитрификация

При денитрификации концентрация аммонийного азота изменяется незначительно. По этой причине необходимо предварительно окислить аммонийный азот в нитриты и нитраты. Реакция осуществляется нитрифицирующими микроорганизмами и протекает в две стадии:

В зависимости от того, в каких сооружениях осуществляются процессы нитрификации и денитрификации, различают одно-, двух и трехстадийные схемы.

При одностадийной схеме устраивают аэротенки с продленной аэрацией, одна секция в которых выделяется для восстановления азота нитратов до газообразного азота (рис.1а). Кроме таких аэротенков при одностадийной схеме возможно устройство контактного стабилизатора, так же разделенного на зоны; в одной из них происходит окисление аммонийного азота до азота нитритов и нитратов, в другой - восстановление нитратов.Первая стадия полуаэробного окисления осуществляется в первой секции аэротенка (без подачи воздуха) при минимальной концентрации растворенного кислорода. Окислителем является кислород нитратов очищенных вод, подаваемых в первую секцию из вторичных отстойников. Во второй секции аэротенка окислительный процесс происходит при аэрации. При этом за счет кислорода воздуха завершается процесс нитрификации.

Рис. 1. Одностадийная схема денитрификации

Рис. 2. Двухстадийная схема денитрификации

При трехстадийной схеме обработка разделяется на три ступени: аэрация, нитрификация и денитрификация. На рис. 3 представлены модификации трехстадийной схемы, распространенной на ряде станций за рубежом. По варианту I нитрифицированные сточные воды подаются в денитрификатор, затем подвергаются отстаиванию. По варианту II после нитрификации сточные воды подвергаются денитрификации в реакторе, загруженном мелкозернистой насадкой. По варианту III денитрификация осуществляется в денитрификаторах с крупнозернистой загрузкой, после чего сточные воды направляются на фильтры с зернистой загрузкой.

Рис. 3. Трехстадийная схема денитрификации (I - III - номера вариантов)

1 - аэротенк; 2 - отстойник; 3 - нитрификатор; 4 - отстойник после нитрификатора; 5 - денитрификатор открытый; 6 - отстойник после денитрификатора; 7,8 - денитрофикаторы соответственно с мелкозернистой и крупнозернистой загрузкой; 9 - песчаный фильтр

Трехстадийная обработка требует наибольших капитальных вложений, однако имеет неоспоримые преимущества в смысле надежности, стабильности и простоты действия. Кроме того, эта схема обеспечивает последовательность реакций превращения азотистых соединений в газообразный азот, лучшее удаление углерода, высокую степень нитрификации и денитрификации, что обусловлено использованием изолированной иловой культуры. Удаление углерода с одновременной нитрификацией (см. рис. 1 а и 2 а) требует длительного времени аэрации для нитрификации, что в свою очередь приводит к увеличению объема сооружений.

Говоря о преимуществах трехстадийной схемы обработки сточных вод, следует отметить, что не исчерпаны и недостаточно глубоко изучены возможности одно- и двухстадийных схем.

Как указывалось выше, для процессов денитрификации могут быть использованы резервуары с перемешиванием, а также колонны с насадками из гравийных зерен диаметром 2,5 см или частиц гравия диаметром 2-4 мм. Фильтры-денитрификаторы можно применять в схемах, представленных на рис. 3 (варианты IIи III). Кроме того, на некоторых очистных сооружениях фильтры-денитрификаторы устанавливают непосредственно после вторичных отстойников (см. рис. 2а). Фильтры-денитрификаторы идеально приспособлены для формирования биопленки, заселенной денитрифицирующей микрофлорой, для них характерен малый вынос взвешенных веществ, отсутствует необходимость в рециркуляции сточных вод и активного ила, требуется меньшая продолжительность пребывания сточных вод в сооружении.

В кварцевых фильтрах-денитрнфикаторах с загрузкой крупностью 1-2 мм и с подачей воды сверху или снизу после промывки необходимо обеспечить условия для образования биопленки из денитрифицирующей микрофлоры на загрузке. При таком режиме работы фильтров необходимо иметь питомник денитрифицирующего ила с тем, чтобы после каждой промывки подавать в фильтр определенное число денитрификаторов или ставить промытый фильтр на созревание микрофлоры.