Московская сточная вода после первичного отстаивания содержит недостаточно органических веществ для устойчивого удаления азота и фосфора до нормативного качества при очистке сточной воды. Одним из методов обогащения сточной воды легкоразлагаемым органическим веществом является ацидофикация (кислотное брожение) сырого осадка. На Курьяновских очистных сооружениях г. Москвы на первом новом блоке, работающем по технологической схеме UCT, с проектной производительностью 600 тыс. м3/сут был проведен промышленный эксперимент по переводу одного отстойника в режим ацидофикации. Из четырех отстойников блока сырой осадок с трех первичных отстойников, работающих в режиме осветления, подавался в четвертый, работающий в режиме ацидофикации. Расход сточной воды на отстойник-ацидофикатор составлял 30–100% от расхода на каждый из первичных отстойников, или 11–25% от расхода воды на блок. Рецикл ацидофицированного осадка составлял 100% по отношению к расходу сырого осадка, или 3% по отношению к смеси сырого осадка и сточной воды, поступающей на ацидофикатор. Время пребывания осадка по сухому веществу (SRT) в ацидофикаторе менялось в процессе эксперимента с 2 до 3,5 суток, наибольшая эффективность очистки по соединениям азота и фосфора достигалась при времени пребывания 3,5 суток. Гидравлическое время пребывания воды в отстойнике-ацидофикаторе (HRT) колебалось от 1,9 до 5,5 часов и не оказывало заметного влияния на качество очистки от азота нитратов и фосфора фосфатов на следующей биологической стадии. Организация работы первичного отстойника в режиме ацидофикации показала наличие эффекта от этого процесса, который способствовал дополнительному удалению 3,5 мг/л азота нитратов и 0,23 мг/л фосфора фосфатов, обеспечивая качество очистки до нормативов НДТ. Средняя концентрация азота нитратов в очищенной воде снизилась с 11,6 до 8,1 мг/л. По фосфору фосфатов до внедрения ацидофикации на сооружениях обеспечивалось достижение нормативного качества, тем не менее обогащение сточной воды в процессе ацидофикации легкоразлагаемым органическим веществом способствовало снижению концентрации фосфора фосфатов с 0,35 до 0,12 мг/л. Перевод одного из первичных отстойников в режим ацидофикации позволил реализовать процесс ацидофикации без строительства ацидофикаторов как отдельных емкостных сооружений. In the process of Moscow wastewater treatment primary effluent is lacking enough organic substances for sustainable removal of nitrogen and phosphorus to meet the regulations. One of the methods of enriching wastewater with easily decomposable organic matter is acidification (acid fermentation) of raw sludge. At the Kur’ianovskie Wastewater Treatment Facilities in Moscow industrial testing was conducted at the first new treatment block operating according to the UCT process flow scheme with a design capacity of 600 thousand m3/day on transferring one settling tank into the acidification mode. Of the four settling tanks of the block, raw sludge from the three primary settling tanks operating in the clarification mode was fed to the fourth one operating in the acidification mode. Wastewater flow rate for the acidifier was 30–100% of the flow rate of each of the primary settling tanks, or 11–25% of the water flow rate of the block. The acidified sludge recycling was 100% with respect to the raw sludge flow, or 3% with respect to the mixture of raw sludge and wastewater entering the acidifier. The residence time of the sludge in terms of dry matter (SRT) in the acidifier changed during the experiment from 2 to 3.5 days; the highest treatment efficiency in relation to removing nitrogen and phosphorus compounds was achieved with a residence time of 3.5 days. The hydraulic residence time of wastewater in the settling tank-acidifier (HRT) ranged from 1.9 to 5.5 hours and did not have a noticeable effect on the rate of removing nitrates and phosphorus as phosphates at the next biological stage. The arrangement of the operation of the primary settling tank in the acidification mode showed the presence of the effect of this process that contributed to the additional removal of 3.5 mg/l of nitrogen as nitrate and 0.23 mg/l of phosphorus as phosphate, and provided for the treatment level up to BAT standards. The average concentration of nitrogen as nitrates in the effluent decreased from 11.6 to 8.1 mg/l. For phosphorus as phosphate, before the introduction of acidification at the facilities, the standard effluent quality was provided; however, the enrichment of wastewater in the process of acidification with easily decomposable organic matter contributed to a decrease in the concentration of phosphate phosphorus from 0.35 to 0.12 mg/l. The transfer of one primary settling tank to the acidification mode provided for implementing the acidification process eliminating the construction of acidifiers as separate tanks.

В АО «Мосводоканал» проведены испытания пилотной установки микрофильтрации на базе дискового фильтра с тканевым фильтрополотном. Установка, предоставленная АО «НПК Медиана-Фильтр», предназначена для доочистки биологически очищенной воды от взвешенных веществ. Дисковая микрофильтрация с тканевым фильтрополотном (объемный тип фильтрации) позволяет доочистить биологически очищенную сточную воду от взвешенных веществ до 4 мг/л при использовании тканевого фильтрополотна типоразмера «10 мкм» и до 2 мг/л – типоразмера «5 мкм». При скорости фильтрации 8,5 м/ч расход промывной воды составил 0,7–1,4% от расхода воды на установку для ткани типоразмера «10 мкм» и 5,8–6,8% для типоразмера «5 мкм». При удалении взвешенных веществ в составе взвеси также происходит удаление ХПК, БПК5, общего азота и общего фосфора. Установки микрофильтрации с объемным типом являются аналогами установок с плоскостным типом и могут использоваться для достижения высокого качества доочистки биологически очищенной воды от взвешенных веществ. Mosvodokanal JSC carried out tests of a pilot microfiltration plant based on a disk filter with a fabric filter cloth. The pilot plant supplied by Mediana-Filter RPC JSC has been designed for removing suspended solids from effluent in the process of tertiary treatment. Disk microfiltration with fabric filter cloth (volumetric filtration type) provides for removing suspended solids to 4 mg/l in the effluent after biological treatment while using fabric filter cloth of 10 µm typical size and to 2 mg/l while using 5 µm filter cloth. At 8.5 m/h filtration rate the consumption of wash water for the pilot plant for 10 µm filter cloth was 0.7–1.4% of the water flow, and 5.8–6.8% for 5 µm filter cloth. Beside suspended solids present in the suspension, COD, BOD5, total nitrogen and total phosphorus are also removed. Microfiltration plants of volumetric type are similar to the plants of flat type and can be used to ensure high quality tertiary treatment of effluent after biological treatment to remove suspended solids.

В АО «Мосводоканал» проведены испытания автоматического самопромывного дискового ворсо-волоконного микрофильтра DynaCloth на москворецкой воде. Испытания проводились в периоды интенсивного развития фитопланктона без использования реагентов. Площадь фильтрующей поверхности фильтра составляла 0,45 м2. При расходе воды 4–8 м3/ч гидравлическая нагрузка составляла 9–18 м/ч. На промывку расходовалась вода в объеме 1,1–3,3% от расхода воды на установку в зависимости от типа фильтровальной ткани. В москворецкой речной воде в разные периоды преобладали разные виды водорослей. В целом в пик численности диатомовых водорослей снижение их концентрации при фильтровании составило не более 53%. Снижение численности зеленых водорослей в пик их развития происходило на 56–60%, сине-зеленых водорослей – на 36%. Клетки диатомовых водорослей и ценобии зеленых водорослей имеют более крупные размеры, чем сине-зеленые клетки, поэтому эффективность их задержания на фильтре была выше, чем сине-зеленых водорослей. Результаты исследований, проведенных на москворецкой воде, показали, что микрофильтрация на дисковых фильтрах с ворсо-волоконной фильтротканью может быть перспективным методом удаления фитопланктона (около 50%) из маломутных эвтрофицированных вод. «Mosvodokanal» JSC has completed testing DynaCloth automatic self-cleaning fiber disc microfilter for the Moskva River water. The tests were carried out during the periods of intensive phytoplankton growth eliminating the use of chemicals. The filtration surface area of the filter was 0.45 m2. At 4–8 m3/h water flow rate the hydraulic load was 9–18 m/h. Wash water flow was 1.1–3.3% of the water flow in the unit depending on the type of the filter cloth. Different types of algae dominated in the Moskva River water in different periods. In general, at the peak diatom number their concentration during filtration decreased less than by 53%. The decrease in the number of green algae at the peak of their growth occurred by 56–60%, and that of blue-green algae – by 36%. Cells of diatoms and green algae coenobia are larger than blue-green cells; accordingly, the efficiency of their capture by the filter was higher than that of blue-green algae. The results of the studies carried out for the Moskva River water showed that microfiltration in disk filters with fiber filter cloth can be a promising method for removing phytoplankton (about 50%) from low-turbid eutrophicated waters.

В АО «Мосводоканал» проведен промышленный эксперимент на вторичных отстойниках нового блока Курьяновских очистных сооружений г. Москвы с целью определения влияния работы отстойников на эффективность биологической очистки по нитритам. При повышении уровня стояния осадка во вторичных отстойниках в слое осадка на дне отстойника создаются условия для возникновения анаэробных процессов, вызывающих лизис клеток активного ила. В этих условиях в слое ила формируется достаточное количество органического вещества как остаточного, сорбированного на иловом хлопке, так и образующегося при лизисе части клеток, чтобы в присутствии нитратов начался процесс неполной денитрификации с образованием нитритов. На возникновение анаэробных процессов в придонном слое осадка во вторичных отстойниках также влияет концентрация кислорода в иловой смеси, поступающей во вторичные отстойники. Определены технологические параметры работы сооружений, препятствующие снижению качества очистки: регулирование работы вторичных отстойников по нагрузке и по времени пребывания сухого вещества ила, что не допускает долгого пребывания ила в придонном слое, а также поддержание высокой концентрации кислорода в конце аэротенков. «Mosvodokanal» JSC conducted an industrial-scale experiment with the secondary settling tanks of the new section of the Kuryanovskie wastewater treatment facilities in Moscow in order to determine the effect of the operation of settling tanks on the efficiency of biological removal of nitrites. With an increase in the level of sludge stand in the secondary settling tanks, conditions arise in the sludge layer at the bottom of the settler for the anaerobic processes that cause the lysis of activated sludge cells. Under these conditions, a sufficient amount of organic matter is generated in the sludge layer, both residual, occluded on sludge flocks, and formed during the lysis of part of the cells, so that in the presence of nitrates, the process of incomplete denitrification starts with the formation of nitrites. The occurrence of anaerobic processes in the bottom sludge layer in the secondary settling tanks is also affected by the oxygen concentration in the mixed liquor entering the secondary settling tanks. The process parameters of the operation of the facilities that prevent a decrease in the quality of effluent are determined: regulating the operation of secondary settling tanks depending on the load and residence time of the sludge dry matter that prevents the sludge from long staying in the bottom layer, as well as maintaining a high oxygen concentration at the end part of the aeration tanks.

Проведено сравнение результатов расчета по методике, изложенной в книге Д. А. Даниловича и А. Н. Эпова «Расчет и технологическое проектирование процессов и сооружений удаления азота и фосфора из городских сточных вод», и методике, приведенной в книге «Технология сточных вод. Обработка и восстановление ресурсов» (пятое издание, Metcalf & Addy), на модельном объекте, для которого ранее в статье В. Н. Швецова, С. В. Степанова и О. В. Харькиной «Сравнение результатов расчетов аэротенков по моделям НИИ ВОДГЕО/СамГТУ и ASM2d» был проведен расчет по методике НИИ ВОДГЕО/СамГТУ и модели ASM2d. Показано, что расчеты, основанные на уравнениях ферментативной кинетики или микробного роста (НИИ ВОДГЕО/СамГТУ, ASM2d и Metcalf & Addy), дают схожие результаты по объему аэротенков с «табличной» методикой, основанной на немецком стандарте ATV-DVWK-A131E и переработанной с учетом кинетики роста нитрифицирующих микроорганизмов. Разность подходов дает разные результаты по возрасту активного ила, но конечные результаты объемов аэротенков и зон в них имеют расхождения, не превышающие 15–20%. Моделирование работы аэротенков в программе BioWin-3, построенной на модели ASDM, по существу, близкой к группе моделей активного ила ASM, с объемами зон, рассчитанными по разным методикам, показало схожее расчетное качество очищенной воды. Это подтверждает возможность любой из рассмотренных методик адекватно рассчитывать объемы аэротенков. Выбор способа расчета для каждого конкретного случая зависит от доступности и удобства пользования методикой, а также от личных предпочтений проектировщика. The calculation results are compared according to the method described in the book by D. A. Danilovich and A. N. Epov «Calculation and technological design of processes and facilities for the removal of nitrogen and phosphorus from municipal wastewater», and the method given in the book «Wastewater technology. Processing and recovery of resources» (fifth edition, Metcalf & Addy), in a model unit, for which earlier in the article by V. N. Shvetsov, S. V. Stepanov and O. V. Khar’kina «Comparison of the calculation results for aeration tanks using the NII VODGEO/SamGTU and ASM2d models» calculations had been made according to the method of NII VODGEO/SamGTU and following the model developed by ASM2d. It is shown that calculations based on the equations of enzymatic kinetics and microbial growth (NII VODGEO/SamGTU, ASM2d and Metcalf & Addy) give similar results in terms of the volume of aeration tanks with the «tabular» method based on the German standard ATV-DVWK-A131E and revised taking into account the growth kinetics of nitrifying microorganisms. The difference in approaches gives different results as for the age of activated sludge; however, the final results of the volumes of aeration tanks and zones in them have discrepancies that do not exceed 15–20%. Simulation of the operation of aeration tanks in BioWin-3 program, designed on ASDM model that is essentially close to the ASM group of activated sludge models, with zone volumes calculated using different methods, showed a similar calculated quality of effluent. This confirms the possibility of any of the considered methods to adequately calculate the volumes of aeration tanks. The choice of the calculation method for each specific case depends on the availability and ease of use of the methodology, as well as on the personal preferences of the designer.

Mathematical modeling of the biotechnology for the removal of ammonium nitrogen from wastewater based on the anammox process was performed with the specialized BioWin software suite (EnviroSim Associates Ltd., Canada). Nitrogen removal by means of the transformation of ammonium nitrogen to molecular nitrogen was conducted in a continuous stirred bioreactor carrying both suspended and immobilized activated sludge. Both basic values of the kinetic and stoichiometric coefficients are incorporated in the BioWin software, and those that changed based on the results of the experimental studies were used for the calculations. The optimal temperature and dissolved oxygen concentration revealed by mathematical modeling were 35°C and 0.14 mg/L. The results obtained from calculations were similar to those obtained in the experiments. The calculated and experimental concentrations of ammonium, nitrites, and nitrates in the treated water were similar and comprised 10.7 and 11.7% of the initial concentration entering the bioreactor, respectively. The selected mathematical model possessed a high predictive ability for the calculation of biotechnologies based on the anammox process

A pilot single-stage setup with the reactor volume of 20 m3 was constructed for ammonium removal from the filtrate of thermophilically digested sludge. The setup was operated at temperatures of 20–37 ℃, dissolved oxygen concentrations of 0.1–0.7 mg/L, pH of 5.7–8.5, hydraulic retention time of 12–36 h, and filtrate output of up to 30 m3/day. The efficiency of nitrogen removal was 75–90

Dynamics of the composition of the microbial community was studied during start-up of a single-stage completely mixed constant flow laboratory setup for ammonium removal by the nitritation/anammox process from the filtrate of digested sludge of the Kuryanovo wastewater treatment plant (KWTP), Moscow. To decrease the period of the start-up, the setup was initially inoculated with two types of activated sludge (nitrifying sludge from a KWTP aeration tank and sludge from a sequencing batch reactor enriched with anammox bacteria). The start-up and adjustment stage was therefore decreased to 35–40 days, and nitrogen removal efficiency reached 80% after 120 days of the setup operation. Taxonomic analysis of the composition of the microbial community was carried out by pyrosequencing of the 16S rRNA fragments obtained using the universal and planctomycetes-specific primers. In the course of adaptation of activated sludge to increasing nitrogen load, microbial community of the setup became less diverse and more specialized. The contribution of anammox bacteria of the family Brocadiaceae, closely related to Candidatus “Brocadia caroliniensis,” increased gradually. Members of the order Nitrosomonadales were involved in ammonium oxidation to nitrite. While nitrite-oxidizing bacteria of the genus Nitrospira were also detected, their share decreased with accumulation of the activated sludge. The contribution of other bacteria varied as well: the shares of the phyla Ignavibacteria, Chloroflexi, and Acidobacteria increased significantly (up to 13, 12, and 10%, respectively of the total number of reads), while relative abundance of the Proteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria, Firmicutes, Synergistetes, Aminicenantes, Thermotogae, and Cloacimonetes decreased. Thus, application of pyrosequencing made it possible to monitor succession of the bacterial community involved in nitrogen removal by nitritation/anammox process.

The process of anaerobic thermophilic digestion of municipal wastewater sludge with a recycled part of thickened digested sludge, was studied in semi-continuous laboratory digesters. This modified recycling process resulted in increased solids retention time (SRT) with the same hydraulic retention time (HRT) as compared with traditional digestion without recycling. Increased SRT without increasing of HRT resulted in the enhancement of volatile substance reduction by up to 68% in the reactor with the recycling process compared with 34% in a control conventional reactor. Biogas production was intensified from 0.3 L/g of influent volatile solids (VS) in the control reactor up to 0.35 L/g VS. In addition, the recycling process improved the dewatering properties of digested sludge.

The effect of returning solids to the digester, after one of three thickening processes, on volatile solids reduction (VSR) and gas production was investigated. Three different thickening methods were compared: centrifugation, flotation and gravitational sedimentation. The amount and activity of retained biomass in thickened recycled sludge affected the efficiency of digestion. Semi-continuous laboratory digesters were used to study the influence of thickening processes on thermophilic sludge digestion efficiency. Centrifugation was the most effective method used and caused an increase of VSR from 43% (control) up to 70% and gas generation from 0.40 to 0.44 L g(-1) VS. Flotation and gravitational sedimentation ways of thickening appeared to be less effective if compared with centrifugation. These methods increased VSR only by up to 65 and 51%, respectively and showed no significant increase of gas production. The dewatering capacity of digested sludge, as measured by its specific resistance to filtration, was essentially better for the sludge digested in the reactors with centrifugated and settled recycle. The VS concentration of recycle (g L(-1)), as reflecting the amount of retained biomass, appeared to be one of the most important factors influencing the efficiency of sludge digestion in the recycling technology.