Устройство для биохимической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений

 

Изобретение относится к области биохимической очистки сточных вод и может быть использовано для очистки стоков поселков, городов и промпредприятий. Сущность: устройство содержит комбинированное сооружение, которое включает биофильтр с системой орошения, аэротенк-отстойник с водоструйной аэрацией, камеру смешения, циркуляционный насос и технологические трубопроводы I, а также нитрификатор II, конструктивное устройство которого аналогично устройству I и дополнено гелий-неоновыми лазерами (ГНЛ), установленными на лотках системы орошения. Реактор подготовки органического субстрата III оборудован ГНЛ и механическим аэратором. Денитрификатор IV снабжен загрузкой из искусственного полотна. При этом трубопровод исходных стоков подключен к камерам смешения I и II и к реактору III, трубопровод отвода очищенных вод от I подсоединен к камере смешения II, напорный трубопровод циркуляционного насоса подсоединен к системе орошения устройства I, а также к камере смешения II и к реактору III, который в свою очередь подключен трубопроводом к смесителю, установленному на отводящем трубопроводе от II к IV. Искусственная загрузка IV состоит из отдельных ворсистых прядей из капрона, лавсана, нейлона, скрепленных между собой продольным и поперечным плетением и натянута на каркас пилообразной формы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области биохимической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод и может быть использовано для очистки стоков поселков, городов, промпредприятий от органических и азотсодержащих загрязнений.

Наиболее близким по достигаемому эффекту является устройство для биохимической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений, содержащее комбинированное сооружение, включающее биофильтр с системой орошения, аэротенк-отстойник с водоструйной аэрацией, камеру смешения, циркуляционный насос и технологические трубопроводы.

Устройство обеспечивает эффективное окисление органических загрязнений и высокую степень нитрификации сточных вод. Вместе с тем проведение процесса нитрификации требует больших объемов сооружений. Кроме того, нитрификация носит неустойчивый характер из-за неравномерности притока и изменения состава сточных вод по времени.

В технологическом процессе используются энергоемкие насосные и компрессорные агрегаты.

Известно также биостимулирующее действие гелий-неонового лазера (ГНЛ) на активацию биоэнергетических процессов в микробиальных клетках (Восконян К.Ш. , Симонян Н. В. и др., Зависимость радиозащитного действия гелий-неонового лазера на клетки бактерий от интервала времени между двумя видами облучений. Радиобиология, 1987, т. 27, N 5, с. 708-711, Цветкова П.М. и др. Действие лазерного излучения. Применение лазерной техники в биологии и медицине. -Киев: Наукова дума, 1982, с. 77-79).

Специалистами Ростовского НИИ АКХ и Ростовского государственного университета были проведены опыты по воздействию ГНЛ с длиной волны 633 мм на биологическую активность микрофлоры активного ила. Установлено увеличение через 1 ч общего количества бактерий при облучении от 15 с до 3 мин в 3,52-3,86 раза. При этом концентрация NO^-₃ увеличивалась в 2,5 раза, NH⁺₄ - в 2,2 раза.

На последующей стадии денитрификации в биофильтрах с затопленным слоем загрузки используются в качестве источника органического субстрата органические соединения исходных сточных вод и избыточного активного ила. (Проектирование сооружений для очистки сточных вод, справочное пособие к СНиП. -С.: Стройиздат, 1990, с. 78 - 88). Однако применение стоков повышает концентрацию органических веществ в очищенной воде. Это связано с выносом части органических загрязнений, особенно трудноокисляемых компонентов. Использование прирастающего избыточного ила не обеспечивает необходимое соотношение органического субстрата к нитратному азоту.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для биохимической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений, содержащем комбинированное сооружение (I), которое включает биофильтр с системой орошения, аэротенк-отстойник с водоструйной аэрацией, камеру смешения, циркуляционный насос и технологические трубопроводы, а также нитрификатор и денитрификатор с затопленным слоем загрузки, в качестве нитрификатора использовано также комбинированное сооружения (II), снабженное гелий-неоновыми лазерами (ГНЛ); в технологическую схему дополнительно включен реактор подготовки органического субстрата III, снабженный ГНЛ и механическим аэратором; денитрификатор IV снабжен загрузкой из искусственного полотна, которые соединены между собой и устройством I технологическими трубопроводами; при этом трубопровод исходных стоков подключен к камерам смешения I и II и к реактору III; трубопровод отвода очищенных вод от I подключен к камере смешения II; напорный трубопровод циркуляционного насоса устройства I подсоединен также к камере смешения устройства II и к реактору III, который в свою очередь подключен трубопроводом к смесителю, установленному на отводящем трубопроводе от II к IV.

Гелий-неоновые лазеры в нитрификаторе II установлены на распределительных лотках системы орошения.

Загрузка денитрификатора выполнена из искусственного полотна, представляющего собой отдельные ворсистые пряди из капрона, лавсана, нейлона, скрепленные между собой продольным и поперечным плетением, и натянутого на каркас пилообразной формы.

На фиг. 1 изображена технологическая схема устройства для биохимической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений. Устройство включает трубопровод подачи исходных стоков 1, подсоединенный на начальном участке отводящим трубопроводом 2 к камере смешения 3 комбинированного сооружения I, которое состоит из биофильтра 3, системы орошения 4, аэрационных колонн 5, аэротенка-отстойника 6, циркуляционного насоса 7 и напорного трубопровода подают смеси стоков и ила 8, подключенного к системе орошения 4, отводящему трубопроводу 9, который в свою очередь подсоединен к камере смешения 3 нитрификатора II и к реактору подготовки органического субстрата III.

Конструкция нитрификатора II аналогична конструкции комбинированного сооружения I, в конструкцию дополнительно включены гелий-неоновые лазеры 10, установленные над одним или несколькими распределительными лотками системы орошения 4 (фиг.2). Камера смешения нитрификатора II соединена трубопроводом 11 со сборным лотком комбинированного сооружения I и с технологическими трубопроводами 9 и 1 отводящими трубопроводами 12 и 13. На трубопроводе отвода очищенных вод 14 от нитрификатора II к денитрификатору IV установлен смеситель 15, к которому через отводящий трубопровод 16 подсоединен реактор III. К реактору III подведены трубопровод исходных стоков 1 и трубопровод иловой смеси 9, реактор подготовки органического субстрата снабжен гелий-неоновыми лазерами 10 и механическим аэратором 17. Трубопровод подвода смеси очищенных вод и органического субстрата от смесителя 15 к денитрификатору IV подсоединен к распределительным трубопроводам 18 и 19, которые установлены по центрам нижних конических емкостей денитрификатора. В верхней части денитрификатора установлен каркас пилообразной формы с натянутым искусственным полотном 20. Полотно (фиг.3) состоит из отдельных ворсистых прядей искусственного материала ( нейлон, лавсан, капрон), скрепленных продольным и поперечным плетением, с примерным размером ячейки 300 х 300 мм. Сборные лотки денитрификатора соединены с отводящим трубопроводом 21, который в свою очередь подсоединен к приемной камере подоструйного аэратора 22, установленного над аэрационным резервуаром 23.

Устройство для биохимической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений работает следующим образом.

Сточные воды после предварительной обработки направляются по трубопроводу 1 в камеры смешения 3 комбинированного сооружения I, нитрофикатора II и реактора подготовки органического субстрата III. Отвод стоков в I производится через трубопровод 2, в II - через трубопровод 13.

Окисление основной массы органических загрязнений на первой стадии очистки осуществляется в биофильтре и аэротенке-отстойнике комбинированного сооружения I путем многократной циркуляции смеси сточных вод и ила через камеру смешения 3, систему орошения 4, биофильтр 3, аэрационные колонны 5, аэротенк-отстойник 6. Перекачка смеси производится циркуляционным насосом 7 по напорному трубопроводу 8. Отвод избыточного ила осуществляется постоянно по трубопроводу 9, подсоединенному к трубопроводу 8. Расчет конструктивных параметров сооружения выполняется исходя из максимально возможных нагрузок на ил и высокой скорости клеточного синтеза. При этом допускается получение относительной невысокой степени очистки - остаточное содержание органических загрязнений в отстойной воде может составлять по БПК 30-70 мг/л.

Далее вода направляется по трубопроводу 11 в камеру смешения 3 нитрификатора II. Туда же по трубопроводу 13 подается часть исходных сточных вод из трубопровода 1 и по трубопроводу 12 часть избыточного ила из трубопровода 9.

Ввод неочищенной сточной жидкости повышает эффективность нитрификации при низких начальных концентрациях аммонийного азота.

Подача ила позволяет поддерживать в нитрофикаторе необходимое количество колоний микроорганизмов, формирующих хорошо слипающиеся и осаждающиеся хлопья. Образование хлопьев ила предотвращает вынос легких нитрифицирующих микроорганизмов и обеспечивает высокую прозрачность очищенной воды. Изменением дозы вводимого ила регулируются концентрация и возраст нитрифицирующего ила. Для ускорения темпов размножения нитрофицирующих микроорганизмов и управления процессом нитрификации при колебаниях в притоке и составе сточных вод, изменении температуры жидкости и pH, попадании токсичных компонентов на одном или нескольких распределительных лотках системы орошения 4 устанавливаются гелий-неоновые лазеры 10.

Обработка лазерным излучением циркулирующей смеси стоков и ила ведется в сканирующем режиме по всей ширине лотка (фиг. 2). При размещении лазерной установки с выходной мощностью излучения 25 мВт и длиной волны 0,63 мкм на высоте не менее 300 мм над поверхностью жидкости обеспечивается сканирование зоны шириной не менее 100 мм.

Лазерное излучение стимулирует структурно-функциональную перестройку мембранных образований клеток и клеточных органелл. При этом скорости процессов гетеротрофной ассимиляции, аммонификации и нитрификации увеличиваются в среднем в 2 раза. На последующей стадии денитрификации в качестве источника органического углерода используются органические вещества исходных сточных вод и избыточного ила. Так как "проскок" части сточных вод через денитрификатор с затопленным слоем загрузки повышает БПК очищенных вод, в устройство биологической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений включен реактор для подготовки органического субстрата III. Исходные сточные воды поступают в реактор III по трубопроводу 1, избыточный активный ил - по трубопроводу 9. Смешение стоков и ила и снабжение процесса подготовки кислородом воздуха осуществляются с помощью механического аэратора 17.

Процесс подготовки органического субстрата предусматривает три фазы роста микроорганизмов: лаг-фазу, фазу ускоренного роста, экспоненциальную фазу. Допускается только не полное окисление до начала продуцирования CO₂, H₂O. Однако при соотношении массы образующегося избыточного ила к массе необходимых органических веществ сточных вод 0,6:1 полная асиммиляция хлопьями ила органических загрязнений приведет к окислению значительной части органического субстрата. Поэтому для ускорения процесса размножения микроорганизмов, активизации запасных веществ в клетках и отмирания бактерий после выполнения ими основной функции (сорбции загрязнений) в процессе подготовки субстрата использованы гелий-неоновые лазеры (ГНЛ). Лазерами 10 осуществляется облучение поверхности жидкости в реакторе III. В процессе исследований было установлено максимальное увеличение числа облучения бактерий в 5,9 раза через 1 ч после 3-минутного облучения.

Полученный органический субстрат направляется по трубопроводу 16 в смеситель 15, где происходит его смешение с очищенной водой, поступающей по трубопроводу 14. Затем жидкость по трубам 18, 19 подается в нижнюю часть емкости денитрификатора IV. Восходящий поток жидкости проходит через взвешенный слой денитрифицирующего ила и слой ила, иммобилизованного на ворсинках и прядях искусственного полотна 20 (фиг. 3), и оставляет в них частицы хлопьевидного субстрата. Сорбция колониями факультативных анаэробов органического субстрата, связанного цитоплазматическими мембранами микробиальных клеток, входящего в состав клеток, исключает вторичное загрязнение очищенных вод. Всплывающие отработанные и омертвевшие продукты биораспада задерживаются полотном 20. По мере ухудшения прозрачности выходящей воды проводится регенерация полотна струями очищенной воды. Далее вода сливается в сборные желоба и отводится по трубопроводу 21 в приемную камеру водоструйного аэратора 22. При сливе воды через трубы водоструйной эжекции воздуха в контактный резервуар 23 происходят отдувка молекулярного азота и насыщение ее кислородом.

Использование изобретения позволяет уменьшить в 1,5 - 2 раза реакционный объем нитрификатора. Расход электроэнергии на механическую аэрацию и лазерную биостимуляцию в 3-4 раза ниже, чем на дополнительную рециркуляцию иловой смеси в начале резервуара из его конца или из вторичного отстойника, а также из одной ступени в другую в существующих схемах нитриденитрификации. Возможность изменения интенсивности лазерного облучения позоляет упростить управление биологическими процессами при суточных и сезонных колебаниях в притоке и составе сточных вод и попадании ингибиторов.

Формула изобретения

1. Устройство для биохимической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений, содержащее комбинированное сооружение, включающее биофильтр с системой орошения, аэротенк-отстойник с водоструйной аэрацией, камеру смешения, циркуляционный насос и технологические трубопроводы, отличающееся тем, что оно снабжено нитрофикатором, выполненным аналогично комбинированному сооружению и имеющим гелий-неоновые лазеры, реактором подготовки органического субстрата с аэратором и гелий-неоновыми лазерами, смесителем и денитрификатором с загрузкой из искусственного материала, при этом трубопровод подачи исходных стоков присоединен к камерам смешения комбинированного сооружения и нитрификатора и к реактору подготовки органического субстрата, комбинированное сооружение соединено трубопроводом очищенных вод с камерой смешения нитрификатора, напорной трубопровод циркуляционного насоса комбинированного сооружения подсоединен к камере смешения нитрификатора и к реактору подготовки субстрата, который соединен трубопроводом со смесителем, установленным на отводящем трубопроводе от нитрификатора к денитрификатору.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гелий-неоновые лазеры в нитрификаторе установлены на распределительных лотках системы орошения.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что загрузка денитрификатора выполнена в виде полотна, состоящего из отдельных ворсистых прядей из капрона, лавсана, нейлона, скрепленных между собой продольным и поперечным плетением и натянутого на каркас пилообразной формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Колесникова Надежда Владимировна, Колесников Владимир Петрович

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Администрация муниципального образования Кущевского района Краснодарского края

Договор № РД0016075 зарегистрирован 26.12.2006

Извещение опубликовано: 10.02.2007        БИ: 04/2007

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

---