На канализационных очистных сооружениях (КОС) г. Тихвина Ленинградской обл., проектом предусмотрена типовая схема очистки сточных вод: механическая очистка на решетках, песколовках и первичных отстойниках и биологическая очистка в системе «аэротенк – вторичный отстойник». Технология очистки сточных вод в аэротенке − традиционная биологическая очистка от органических веществ с нитрификацией (рис. 1).
В состав аэротенка КОС г. Тихвина входят три четырехкоридорных секции. Длина коридора 60 м, ширина секции – 18 м, глубина – 4,4 м. Подача возвратного ила осуществляется в начало первого коридора каждой секции; подача сточной воды предусмотрена в начало второго и третьего коридоров. До 2009 г. эксплуатация аэротенка КОС г. Тихвина производилась по технологии традиционной аэробной биологической очистки, на очистку поступало около 20 тыс. м3 сточной воды в сутки, при этом подача сточной воды на сооружения биологической очистки осуществлялась только в начало второго коридора каждой секции, т. е. обеспечивалась 25 %-ная регенерация ила.
Установленная для КОС г. Тихвина допустимая концентрация на сброс загрязняющих веществ по нормативу НДС составляет: аммонийный азот – 1,46 мг/л, азот нитратов – 13,5 мг/л, общий азот – 15 мг/л. При работе аэротенка по технологии традиционной аэробной биологической очистки с нитрификацией наблюдалось превышение норматива на сброс нитратного и общего азота.
Аэробная биологическая очистка с нитрификацией не позволяет осуществлять эффективное удаление азота. Для обеспечения действующего норматива на сброс было решено использовать технологию нитриденитрификации с предшествующей нитрификацией. Данная технология имеет наименьшие эксплуатационные расходы, а ее реализация в существующем аэротенке не требует капитальных затрат. Главным образом это связано с отсутствием нитратной рециркуляции иловой смеси с выхода аэротенка на вход и прокладкой соответствующих трубопроводов.
Для реализации технологии нитриденитрификации по длине аэротенка создаются не только аэробные, но и аноксидные условия (зоны денитрификации). Аноксидные условия создаются заменой аэрации на механическое перемешивание, обеспечивающее поддержание активного ила во взвешенном состоянии. Механическое перемешивание энергетически выгоднее аэрации, поэтому использование нитратов вместо молекулярного кислорода на биоокисление органических веществ не только повышает эффективность очистки от азота, но и сокращает затраты энергии на биологическую очистку. Однако для действующих очистных сооружений реконструкция аэротенков с заменой аэрации на механическое перемешивание требует значительных капитальных затрат, связанных с проведением строительно-монтажных работ и высокой стоимостью импортных перемешивающих устройств. Альтернативный подход, который был использован на КОС г. Тихвина, состоит в создании аноксидных условий в аэротенке за счет низкой (минимально допустимой для предотвращения осаждения активного ила) интенсивности аэрации.