Способ очистки сточных вод

 

Способ очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества, активным илом включает подачу сточных вод с постоянной объемной скоростью в аэротенк при концентрации поверхностно-активных веществ, равной половине критической концентрации мицеллообразования и адаптацию активного ила. После окончания процесса адаптации активного ила объемную скорость подачи сточных вод повышают до величины, равной или меньшей, чем 0,5 скорости биоразложения поверхностно-активных веществ адаптированным активным илом. Скорость подачи сточных вод определяют из уравнения: где E_а - скорость биоразложения поверхностно-активных веществ, 1/ч; C_вх и C_вых - концентрации поверхностно-активных веществ на входе в аэротенк и выходе из него после завершения процесса адаптации, мг/дм³; τ - среднее время пребывания поверхностно-активных веществ в аэротенке, ч. 1 табл.

Изобретение относится к области обработки сточных вод и может быть использовано при биологической очистке промышленных и бытовых сточных вод от поверхностно-активных веществ (ПАВ) в аэротенках.

Известен способ биологической очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества активным илом, включающий загрузку неадаптированного активного ила в аэротенк, непрерывную подачу на вход аэротенка сточной воды с постоянной объемной скоростью при концентрации ПАВ равной половине эффективной концентрации (0,5 ЕС₁₀₀).

В токсикологии принято обозначить концентрацию, вызывающую функциональные изменения у подопытных живых организмов, в данном случае биоценоз активного ила, эффективной концентрацией (ЕС₁₀₀). Для ПАВ в данных условиях ЕС₁₀₀ совпадает с критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), физической величиной, обусловленной агрегированием молекул ПАВ в водных растворах в мицеллы.

Адаптацию активного ила проводят при постоянной концентрации ПАВ на входе аэротенка равной половине критической концентрации мицеллообразования (0,5 ККМ) с первого дня эксперимента и до его окончания. Достоинство известного способа, основанного на выявленной зависимости адаптации ила от постоянной эффективной концентрации любого химического соединения, загрязняющего сточные воды (а, в частности, для ПАВ по критической концентрации мицеллообразования), заключается в том, что осуществление этого способа позволяет сократить время адаптации ила и повысить степень биоразлагаемости ПАВ.

Но, учитывая объемы сточных вод, подлежащих очистке от химических веществ и в частности от ПАВ, явно недостаточна производительность очистных сооружений.

Цель изобретения повышение производительности процесса биологической очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества.

Поставленная цель достигается тем, что подача сточной воды в аэротенк с постоянной объемной скоростью при концентрации ПАВ, равной половине ККМ, сохраняется до окончания процесса адаптации активного ила, а затем объемную скорость подачи сточной воды на адаптированный ил повышают до величины, равной или меньшей, чем 0,5 скорости биоразложения поверхностно-активных веществ адаптированным активным илом. Скорость подачи сточных вод определяют из уравнения: W ≅ 0,5 E_a 0,5, где С_вх и С_вых концентрация ПАВ на входе и выходе аэротенка, мг/дм³; τ- среднее время пребывания ПАВ в аэротенке, ч; Е_а скорость биоразложения ПАВ, 1/ч.

Эффективность способа оценивают на лабораторной модели аэротенка, используя имитат сточной воды (синтетическую сточную воду), содержащий в 1 дм³, мг: натрия уксуснокислого 50,0; калия фосфорнокислого однозамещенного 25,0; натрия углекислого 50,0; аммония фосфорнокислого двузамещенного 25,0; пептона ферментативного из расчета величины ХПК 230±20 мг О₂/дм³. Концентрацию активного ила в аэротенках поддерживают 2,5±0,2 г/дм³. Расход воздуха устанавливают ≈2 дм³/мин. Расход сточной воды в период адаптации 1 дм³/ч (q), объем аэротенка 6 дм³, среднее время пребывания ПАВ в аэротенке (τ)- 6 ч.

П р и м е р 1. Сточную воду, содержащую 50 мг/дм³ н-алкилбензолсульфоната (АБС), подают непрерывно в аэротенк с неадаптированным активным илом. Индукционный период 11±1 сут. По завершении адаптации (τ>12 сут) эффективность очистки от ПАВ- 98,8% (С_вых=0,6 мг/дм³). Определяют предельное значение скорости подачи сточной воды 0,5 величины скорости биоразложения адаптированным активным илом: W≅0,5˙(C_вх-C_вых)/(С_вых˙T)= 0,5˙(50,0-0,6)/(0,6˙6) 6,86 1/ч, т.е. в аэротенк с рабочим объемом 6 дм³ сточную воду можно подавать в количестве Q_n=6,86 ˙6=41,1 дм³/ч.

На 13-е сутки повышают количество подаваемой сточной воды до 0,25 Е_а с 1 до 20,5 дм³/ч (С_вх=50 мг/дм³).

На 14-е сутки и далее эффективность очистки 97,0% (С_вых=1,5 мг/дм³). Производительность очистки при этом повысилась в (0,970/0,988)˙ 20,5=20,1 раза (2010%).

При скоростях подачи сточной воды W=6,86 1/ч (Q=41,1 дм³/ч) эффективность очистки снижается до 93±1% (С_вых=3,5±0,5 мг/дм³). При этом производительность очистки повысилась в (0,93/0,988)˙ 41,1=38,6 раза (3860%).

При скоростях больших W>6,86 1/ч нормальные режимы работы аэротенка нарушаются (по гидродинамическим причинам).

П р и м е р 2. Сточную воду содержащую 30 мг/дм³ n-изононилфеноловых эфиров полиоксиэтиленгликоля (n=10, НФЕ₁₀) подают непрерывно в предварительно подготовленный, как в примере 1, аэротенк с неадаптированным активным илом в количестве 1 дм³/ч. Индукционный период составляет 6,5±0,5 сут. Эффективность очистки от ПАВ адаптированным активным илом в таком режиме 98,3% (С_вых= 0,5 мг/дм³). Находят предельное значение скорости подачи сточной воды 0,5 величины скорости биоразложения адаптированным активным илом: W≅0,5˙(C_вх-C_вых)/(С_вых˙T)= 0,5˙(30-0,5)/(0,5˙6)4,9 1/ч, т.е. в аэротенк с рабочим объемом 6 дм³ сточную воду можно подавать в количестве Q_n=6˙ 1,58=9,5 дм³/ч.

На 14-е сутки повышают количество подаваемой сточной воды с 1 до 9,5 дм³/ч при концентрации ПАВ С_вх=30 мг/дм³. Эффективность очистки 88% (С_вых=6 мг/дм³). Производительность очистки возрастает в (0,88/0,95)˙ 9,5=8,8 раза (880%).

При скорости подачи сточной воды более 1,58 1/ч (Q>9,5 дм³/ч) нормальные режимы работы аэротенка нарушаются (по гидродинамическим причинам).

П р и м е р 4. Сточную воду, содержащую смесь ПАВ (30 мг/дм³ АБС и 10 мг/дм³ НФЕ₁₀), подают непрерывно в предварительно подготовленный, как в примере 1, аэротенк с неадаптированным активным илом в количестве 1 дм³/ч. Индукционные периоды для НФЕ₁₀ 6,5±0,5 сут, для АБС 11±1 сут. Эффективность очистки адаптированным активным илом (τ>13 сут): по НФЕ₁₀ 99,0% (С_вых=0,1 мг/дм³), по АБС 98,8 (С_вых=0,35 мг/дм³). Находят предельные значения скоростей подачи сточной воды 0,5 величины скорости биоразложения адаптированным активным илом: для НФЕ₁₀ W≅0,5˙(C_вх-C_вых)/(С_вых˙T)= 0,5˙(10-0,1)/(0,1˙6)8,25 1/ч,
для АБС W≅0,5˙(C_вх-C_вых)/(С_вых˙T)= 0,5˙(30-0,35)/(0,35˙6)7,05 1/ч, т.е. в аэротенк с рабочим объемом 6 дм³ сточную воду можно подавать в количестве Q_n=6 ˙7,05=42,3 дм³/ч.

На 13-е сутки повышают количество подаваемой сточной воды с 1 до 42,3 дм³/ч. Эффективность очистки на 14-е сутки и далее по АБС 94% (С_вых=1,8 мг/дм³), по НФЕ₁₀ 93,5% (С_вых=0,65 мг/дм³). Производительность очистки возрастает в:
1,2˙ [ 0,94/0,988˙42,3+
+0,935/0,990˙42,3]40,1 раза (4010%).

При скоростях подачи более 7,05 1/ч (Q_n>42,3 дм³/ч) аэротенк не выдерживает по гидродинамическим причинам.

Сравнительные с прототипом данные по зависимости повышения производительности аэротенка от скорости подачи (количества подаваемой) сточной воды на адаптированный активный ил представлены в таблице. Как видно из таблицы, предлагаемый способ биологической очистки сточных вод позволяет повысить производительность очистки в 8,8-40 раз (в зависимости от вида ПАВ).

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, содержащих поверхностно-активные вещества, активным илом, включающий подачу сточных вод с постоянной объемной скоростью в аэротенк при концентрации поверхностно-активных веществ, равной половине критической концентрации мицеллообразования, и адаптацию активного ила, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, после окончания процесса адаптации активного ила объемную скорость подачи сточных вод повышают до величины, равной или меньшей, чем 0,5 скорости биоразложения поверхностно-активных веществ адаптированным активным илом, при этом скорость подачи сточных вод определяют из уравнения

где ε_a - скорость биоразложения поверхностно-активных веществ, 1 ч;
C_вх и C_вых - концентрации поверхностно-активных веществ на входе в аэротенк и выходе из него после завершения процесса адаптации, мг/дм³;
τ - среднее время пребывания поверхностно-активных веществ в аэротенке, ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1