Способ биологической очистки нефтесодержащих вод и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к биологической очистке нефтесодержащих сточных вод и может быть использовано на предприятиях угольной, химической, нефтехимической и других отраслей промышленности. Целью изобретения является повышение эффективности очистки за счет оптимизации функционирования клеток водорослей. Пропуск воды осуществляют последовательно через дерновину и затем фотосинтезирующий слой сифоновых водорослей, при этом дерновина выполнена многослойной и размещена в поддоне с ограничительным бортиком на сетчатом дне. Поддоны в каркасе установлены горизонтально, каждый блок фильтрации и очистки со стороны подачи воды отгорожен водонепроницаемой стенкой для пропуска очищаемой воды первоначально через дерновину. 2 с.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к биологической очистке нефтесодержащих сточных вод и может быть использовано на предприятиях угольной, химической, нефтехимической и других отраслей промышленности. Известен способ биологической очистки сточных вод путем пропускания их через водную растительность Phragmites australis и Chara vulgaris. Данный способ обеспечивает очистку от нефтепродуктов и взвешенных веществ. Способ осуществляется в биопрудах, где Phragmites austalis высажен на затопленных поперечных дамбах, Chara vulgaris на междамбовых пространствах. Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ биологической очистки нефтесодержащих вод, заключающийся в пропускании сточных вод последовательно через фотосинтезирующий слой культуры сифоновых водорослей рода Vaucheria и слой "дерновины", образованный отмершими клетками этих же водорослей. Данный способ обеспечивает повышенную интенсивность процесса очистки вод от эмульгированных нефтепродуктов. Устройство для реализации этого способа содержит блоки биофильтрации воды, каждый из которых состоит из каркаса и расположенного в нем поддона с ограничительным бортиком и сетчатым дном для размещения сифоновых водорослей рода Vaucheria. Недостатками известного способа и устройства являются: непредназначенность для очистки вод от взвешенных веществ, повышенное содержание которых в очищаемой воде может приводить к заиливанию и гибели культуры водорослей и обуславливает особые требования к предочистке; применимость только в условиях вод слабозагрязненных нефтепродуктами (с концентрацией до 0,5 мг/дм³), так как при повышенном содержании их в воде отмечается образование на поверхности воды устойчивой маслянистой пленки, снижающей интенсивность освещения культуры и скорость прироста клеток, активность окислительных процессов, что отрицательно влияет на состояние культуры и эффективность очистки; недостаточная стабильность очистки со снижением интенсивности очистки на 15 24% в пострегенерационный период. Целью изобретения является повышение эффективности очистки за счет оптимизации функционирования клеток водорослей. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу биологической очистки путем пропускания последних через фотосинтезирующий слой культуры сифоновых водорослей рода Vaucheria и дерновину, образованнную отмершими клетками этих же водорослей, и периодического удаления заиленной части дерновины, пропускание воды осуществляется последовательно через дерновину и затем фотосинтезирующий слой водорослей, при этом дерновина выполнена многослойной. Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для биологической очистки сточных нефтесодержащих вод, имеющем блоки биофильтрации, каждый из которых состоит из каркаса и расположенного в нем поддона с ограничительным бортиком и сетчатым дном для размещения культуры сифоновых водорослей рода Vaucheria с дерновиной, поддоны в каркасе установлены горизонтально, а каждый блок биофильтрации со стороны подачи воды огорожен водонепроницаемой стенкой для пропускания очищаемой воды первоначально через дерновину. На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 конструкция поддонов. Устройство включает в себя емкость 1 с системой подвода и отвода сточных вод, включающей в себя водоподающую трубу 2, распределительный лоток 3, сборный лоток с наборной регулируемой стенкой и дренажными трубами 4. В емкости 1 установлены блоки биофильтрации. Блок включает опорный каркас 5, водонепроницаемую стенку 6, выступающую над поверхностью воды, и водонепроницаемую стенку 7, герметично закрепленную в стенках и дне емкости 8, выделяющие в пределах емкости отдельные секции: секцию A, в которой вода движется снизу вверх, и секцию Б (лишенная культуры), благодаря наличию перегородок 5 и 6 сверху вниз. К опорным каркасам посредством разъемных шарнирных соединений одним концом крепятся поддоны 9, выполненные в виде блока рам с сетчатым дном 10, которые прижаты к опорным каркасам 5 посредством фиксаторов 11. Рабочее пространство поддонов заполнено дерновиной сифоновых водорослей 12. Живые клетки водорослей, закрепленные посредством гаусторий к верхнему естественному слою "дерновины" и прорастающие через сетчатое дно верхней рамы, образуют над ней фотосинтезирующий слой культуры 13. Герметичная установка поддонов 9 на опорном каркасе 5 достигается с помощью расположенных на поверхности опорных каркасов резиновых прокладок 14. Рамы поддонов имеют ручки и петли для их поднятия и перемещения. Число секций емкости, содержащей поддоны с культурой водорослей, равно 1 10 и определяется составом и свойствами загрязняющих веществ и требуемым количеством очистки. Для обеспечения возможности промывки культуры с целью увеличения межрегенерационного периода установка оборудована системой промывки культуры 15. В дне емкости имеются углубления для сборки осадка 16, удаление осадка осуществляется гидростатическим путем. Очистка вод осуществляется следующим образом. Сточные воды подают через водоотводящую трубу 2 в распределительный лоток 3, где проходит гашение скорости движения воды и равномерное ее распределение по всей ширине лотка с выходом через щелевые отверстия в рабочую зону емкости, расположенную ниже поддонов. Водонепроницаемая стенка 6 обеспечивает изменение направления движения воды с горизонтального на вертикальное с подъемом ее снизу вверх. Очистка воды от взвешенных веществ и нефтепродуктов достигается в результате обеспечения оптимального режима для осаждения взвешенных веществ под действием естественных гравитационных сил с укрупнением частиц в зоне, прилегающей к нижней части поддонов, с их осаждением в углублениях емкости для сбора осадка, а также путем последовательного прохождения воды первоначально через слои дерновины, а затем через фотосинтезирующий слой. Улавливаемые взвешенные вещества накапливаются в слоях дерновины 12, а нефтепродукты подвергаются биохимическому окислению. Очистку вод осуществляют в непрерывном режиме со скоростью 0,1 11 м/ч с поддержанием над фотосинтезирующим слоем культуры высоты одного слоя 0,1 0,5 м. Регулировка уровня воды над фотосинтезирующим слоем осуществляется наборной водопереливной стенкой 16 лотка 4. Выведение поддонов из работы осуществляется путем подъема одной из их сторон после перевода фиксаторов 11 в нейтральное положение и фиксирования поддонов в наклонном положении установкой фиксаторов 11 в исходном положении. В процессе эксплуатации устройства в поддонах происходит накопление загрязнений с увеличением их гидравлического сопротивления. Максимально допускаемое увеличение перепада напора составляет до 100 мм вод. ст. Регенерация фильтрующей загрузки поддонов осуществляется путем удаления нижнего наиболее загрязненного слоя дерновины, для чего фиксаторы 11 переводят в нейтральное положение, шарнирные соединения 12 освобождаются от фиксирующих шпилек и за ручки 18 и подъемные скобы осуществляют подъем верхних рам, несущих поверхностные слои дерновины в фотосинтезирующий слой и их перемещения на площадку временного складирования. После подъема и очистки от загрязнений загрузки нижней рамы поддона 9, рамы, несущие оставшиеся слои дерновины и фотосинтезирующий слой, устанавливаются на опорный каркас 5 с уплотнением фотосинтезирующего слоя посредством освободившейся рамы и установкой фиксаторов 11 в исходное положение. В уплотненном верхнем слое живые клетки водорослей прорастают через сетчатое дно верхнего поддона с постепенным образованием над ним нового фотосинтезирующего слоя и образованием нового слоя дерновины в пределах рабочего объема поддонов за счет их отмирания. Минимальный межрегенерационный период составляет 60 и 180 сут. В целях достижения требуемого межрегенерационного периода допускается периодическая промывка культуры водорослей. Расход промывной воды составляет менее 1% от очищаемой. Очищенная вода отводится из устройства через опорный боток 4 в систему труб. Вода в период промывки культуры отводится через дренажную трубу в отстойник-осветлитель периодического действия с отводом осветленных вод на вход устройства. В процессе очистки сточных вод достигается снижение концентрации нефтепродуктов в очищенной воде до 0,05 0,5 мг/дм³ и взвешенных веществ до 3 10 мг/дм³ в зависимости от требуемого качества очистки вод, соответствующие предельно-допустимым концентрациям, установленным на сбросы в технический водопровод и природные водоемы. Пример 1. Очистку сточных вод машиностроительного завода, прошедших предварительную механическую очистку и обработку реагентами, с содержанием взвешанных веществ в воде в среднем 23 54 мг/дм³ и нефтепродуктов 3,6 6,2 мг/дм³, осуществляют в условиях промышленных сооружений с пропусканием воды в емкости с одной секцией поддонов с трехслойной культурой водорослей по предлагаемому способу. Производительность сооружений 40,2 58,7 м³/с. Плотность культуры по дерновине составляет 0,2 кг/м², по живым клеткам водорослей 0,1 кг/м². Толщина фильтрующего слоя многослойной культуры водорослей 40 мм. Промывку культуры осуществляли один раз в сутки. Расход воды на промывку менее 1% Результаты представлены в табл. 1. Установлено, что при использовании заявляемого способа и устройства для его осуществления, процесс очистки осуществляется при исходной концентрации нефтепродуктов 3 8,4 мг/дм³ и взвешенных веществ 12 86 мг/дм³ с эффективностью в том и другом случае 83,3 95,2% Остаточные концентрации взвешенных веществ в очищенной воде не превышали 2 4 мг/дм³ и нефтепродуктов 0,4 0,7 мг/дм³, что соответствует требованиям норм на отведение в системы оборотного водоснабжения. Применение известного способа биологической очистки (прототип) в условиях повышенного загрязнения вод машиностроительных заводов невозможно. Использование традиционных методов, в частности реагентного отстаивания, для сравнения обеспечивает очистку вод в аналогичных условиях от взвешенных веществ на 50,0 93,5% при остаточных их концентрациях 4 6 мг/дм³. Но эффективность очистки вод по нефтепродуктам ниже, чем для заявляемого способа, и составляет 63,3 88,1% при остаточных их концентрациях 0,9 1,6 мг/дм³. Пример 2. Очистку шахтных вод, прошедших предварительную глубокую очистку в пруде-отстойнике, при остаточном содержании нефтепродуктов 0,10 0,38 мг/дм³ и взвешенных веществ 10 108 мг/дм³, осуществляли на опытной установке, имеющей 4 последовательно расположенные секции с поддонами, содержащими трехслойную культуру водорослей при средней плотности по дерновине до 1,7 кг/м² и 0,2 кг/м² живых клеток в фотосинтезирующем слое. Процесс фильтрации вод через поддоны с культурой водорослей осуществляется в непрерывном режиме при скорости 2,04 4,0 м/ч. Длительность межрегенерационного периода 60 сут. Результаты представлены в табл. 2. Установлено, что эффективность очистки сточных вод по нефтепродуктам составила 62 92,0% при остаточной концентрации загрязнений 0,024 0,05 мг/дм³, а по взвешенным веществам 66,7 97,2% при их остаточной концентрации в очищенной воде 3 7 мг/дм³, что обеспечивало нормы на сброс в водоемы рыбохозяйственного значения. Для сравнения осуществление процесса по известному способу (прототип) не обеспечивало стабильной очистки вод, с наблюдением снижения эффективности очистки вод после регенерации культуры по нефтепродуктам до 19 83% и взвешенным веществам до 20 50% и резким уменьшением (на 25 38%) плотности фотосинтезирующей части культур. Таким образом, осуществление процесса по заявляемому способу обеспечивало более стабильный эффект очистки с периодической регенерацией культуры в условиях повышенного загрязнения водной среды. Преимущества предлагаемого способа и устройства для его осуществления в сравнении с прототипом заключаются в следующем: в возможности обеспечения повышения эффективности очистки вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов за счет оптимизации функционирования клеток водорослей; достижении более стабильной интенсивности процесса; позволяет осуществить процесс очистки вод при повышенном исходном содержании взвешенных веществ, достигающих 10 108 мг/дм³, и нефтепродуктов 0,1 8,4 мг/дм³.

Формула изобретения

1. Способ биологической очистки нефтесодержащих вод, предусматривающих пропуск последних через фотосинтезирующий слой культуры сифоновых водорослей рода Vaucheria и дерновину, образованную отмершими клетками этих же водорослей, и периодическое удаление заиленной части дерновины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки за счет оптимизации функционирования клеток водорослей, пропуск воды осуществляют последовательно через дерновину и затем фотосинтезирующий слой водорослей, при этом дерновина выполнена многослойной. 2. Устройство для биологической очистки нефтесодержащих вод, содержащее блоки фильтрации и очистки воды, каждый из которых состоит из каркаса и расположенного в нем поддона с ограничительным бортиком и сетчатым дном для размещения в нем культуры сифоновых водорослей рода Vaucheria с дерновиной, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности очистки за счет оптимизации функционирования клеток водорослей, поддоны в каркасе установлены горизонтально, а каждый блок фильтрации и очистки со стороны подачи воды отгорожен водонепроницаемой стенкой для пропуска очищаемой воды первоначально через дерновину.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5