Метою дисертаційної роботи є підвищення рівня екологічної безпеки шляхом впровадження енергоефективної технології очищення стічних вод від амонійного азоту за сумісного застосування іонообмінних та біологічних процесів. і Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити такі завдання: o Теоретично та експериментально дослідити обмінну ємність та селективність різних іонообмінних матеріалів у відношенні до іону амонію в процесах очищення стоків різного складу та вивчити вплив складу регенераційного розчину на ефективність проведення регенерації іонообмінних матеріалів. o Дослідити вплив температури, концентрацій субстрату та NaCl у стічних водах на активність біологічного процесу Anammox. o Дослідити адаптацію аеробних та анаеробних бактерій-окисників амонію до підвищеного солевмісту та перевірити можливість очищення регенерату іонного обміну з використанням біологічного процесу часткової нітрита-ції/Anammox. o Розробити технічні рішення з забезпечення екологічної безпеки на основі технологічних схем очищення міських стоків з вилученням амонію за двоста-дійною технологією. Об 'єкт дослідження - процеси очищення міських стоків від амонійного азоту. ЗМІСТ ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ СКОРОЧЕНЫ ТЕРМІНІВ 6 ВСТУП 9 РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ 14 1.1. Аналіз екологічної небезпеки, спричиненої забрудненням водних об'єктів біогенними елементами 14 1.2. Аналіз стану забруднення гідросфери біогенними елементами та розвитку процесів евтрофікації 15 1.3. Законодавчі вимоги до вилучення біогенних елементів зі стоків в Україні та країнах ЄС 17 1.4. Системи біологічного очищення стоків від азоту 22 1.4.1. Біологічні процеси перетворення азоту 22 1.4.2. Аналіз ефективності очищення міських стоків від азотовмісних сполук у повністю аеробному процесі активованого мулу 26 1.4.3. Вилучення азоту зі стоків за допомогою процесів нітрифікації та денітрифікації 27 1.4.4. Вилучення азоту зі стоків за допомогою процесів часткової нітрифікації та Anammox 28 1.4.4.1. Конфігурації процесу 28 1.4.4.2. Параметри, що впливають на процеси часткової нітрифікації та Anammox 31 1.4.4.3. Впровадження систем автотрофного вилучення азоту для очищення стоків різного походження 34 1.4.4.4. Адаптація культури нітрифікуючих та Anammox бактерій до підвищеного солевмісту 36 1.5. Іонообмінні процеси вилучення амонію 39 1.5.1. Клиноптилоліт 39 1.5.2. Синтетичні цеоліти 40 1.5.3. Іонообмінні смоли 41 1.5.4. Аспекти проведення іонообмінного вилучення амонію 43 1.5.5. Моделювання іонообмінного процесу у колонному апараті 44 1.6. Цілі та завдання досліджень 45 РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРІАЛІВ, МЕТОДИ ТА МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ 46 2.1. Загальна характеристика об'єкту та предмету дослідження 46 2.2. Характеристики іонообмінних матеріалів 47 2.2.1. Природний цеоліт 47 2.2.2. Синтетичний цеоліт NaA типу 49 2.2.3. Катіоніт КУ-2-8 49 2.2.4. КатіонітРиго1кеС104 50 2.3. Методика та експериментальна установка з дослідження іонообмінних процесів 51 2.4. Методика та експериментальна установка з дослідження біологічного процесу вилучення амонію зі стоків з підвищеним солевмістом 55 2.5. Методика та експериментальна установка з дослідження біологічного очищення розчину, утвореного в процесі регенерації іонообмінної колони 57 2.6. Методики вимірювання та аналізу фізико-хімічних показників об'єкту дослідження 58 2.7. Визначення специфічної активності Anammox-бактерій (САА, SAA) 59 2.8. Визначення швидкості поглинання кисню (ШПК, OUR) культурами бактерій 62 2.9. Методика вивчення впливу температури та вмісту субстрату на активність Anammox бактерій 65 2.10. Висновки та узагальнення до 2 розділу 68 РОЗДІЛ 3. ДОСЛІДЖЕННЯ ІОНООБМІННИХ ПРОЦЕСІВ 69 3.1. Порівняння ємності іонообмінних матеріалів, які застосовувались для очищення синтетичних стоків різного складу 69 3.2. Дослідження впливу швидкості прокачування на ємність катіоніту КУ-2-8 75 3.3. Дослідження впливу складу регенераційного розчину на регенерацію катіоніту КУ-2-8 77 3.4. Дослідження впливу рН регенераційного розчину на хід регенерації природного цеоліту 80 3.5. Порівняння ефективності застосування катіонітів КУ-2-8 та Purolite С104 з метою концентрування амонію зі стоків 81 3.6. Порівняння селективності іонообмінних матеріалів до вилучення іонів амонію 83 3.7. Використання електропровідності для відслідковування процесу насичення іонообмінних матеріалів 86 3.8. Моделювання процесу насичення іонообмінних матеріалів 89 3.9. Використання катіоніту КУ-2-8 для концентрування амонію з реальних міських стоків 92 3.10. Висновки та узагальнення третього розділу 97 РОЗДІЛ 4. ДОСЛІДЖЕННЯ БІОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ 99 4.1. Оцінка факторів, що мають вплив на активність Anammox бактерій.. 99 4.1.1. Результати першої групи експериментів 100 4.1.2. Результати другої групи експериментів 110 4.2. Вплив вмісту NaCl у стоках на активність ключових груп мікроорганізмів, залучених у процес часткової нітритації/Anammox 118 4.3. Дослідження адаптації АОБ та Anammox бактерій до підвищеного солевмісту 121 4.3.1. Робота реактора 1 121 4.3.2. Робота реактора 2 124 4.3.3. Використання фізичних параметрів для контролю процесу 129 4.4. Дослідження біологічного очищення розчину, отриманого в процесі регенерації іонообмінної колони 132 4.5. Висновки та узагальнення четвертого розділу 135 РОЗДІЛ 5. ЗАСТОСУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ У ПРОМИСЛОВИХ МАСШТАБАХ 136 5.1. Загальна стратегія очищення стоків з використанням комбінації іонообмінних та біологічних процесів 136 5.2. Можливості застосування іонного обміну разом з біологічними процесами часткової нітритації та Anammox для очищення міських стоків 137 5.3. Розрахунок кінцевої концентрації хлоридів в очищених стоках 141 5.4. Економічний розрахунок ефективності застосування технології 141 5.5. Апробація технології на стендовій установці та аспекти використання результатів дисертаційних досліджень в промислових умовах 144 5.6. Висновки та узагальнення п'ятого розділу 144 ВИСНОВКИ 146 СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 148 ДОДАТОК А 164 ДОДАТОК Б 165 ДОДАТОК В 165 ДОДАТОК Г 165