Система для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих соединений и возврата их для водоснабжения предприятия
Изобретение относится к области биохимической очистки бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано в химической, азотной и нефтеперерабатывающей промышленности для повторного использования стоков при водоснабжении предприятий. Система содержит комбинированное сооружение, включающее нитрификатор, денитрификатор с усреднителями, аэротенками-смесителями и емкостями-отстойниками для очистки аммоний и нитратосодержащих соединений и других видов стоков. Тонкая очистка сточных вод достигается использованием двухступенчатого биореактора, а дезинфекция сточных вод достигается применением ультрафиолетовой установки, что позволяет использовать промышленные стоки повторно. Система дополнительно содержит насосную станцию сточных вод, напорные баки избыточного ила с эжектором внутри, флотаторы, резервуары иловой воды и уплотненного ила, иловую насосную станцию и иловые площадки, оснащенные трубопроводами, при этом вход насосной станции сточных вод соединен с трубопроводами избыточного ила, подаваемого с комплексов нитрификатора, денитрификатора и емкостей-отстойников, а выходы ее соединены трубопроводами со входами напорных баков избыточного ила с эжектором внутри, выходы которых соединены трубопроводами со входами флотаторов, соединенных выходами с резервуарами уплотненного ила и иловой воды, причем выход резервуара уплотненного ила соединен трубопроводами через иловую насосную станцию со входами иловых площадок, а выход резервуара иловой воды соединен трубопроводом со вторым входом нитрификатора. Технический эффект – расширение области применения и повышение эффективности работы системы очистки сточных вод. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области биохимической очистки бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано, например, в химической, азотной и нефтеперерабатывающей промышленности для очистки от азотосодержащих и органических соединений.
Известно устройство для биохимической очистки сточных вод, которое содержит комбинированное сооружение, включающее биофильтр с системой орошения, аэротенк-отстойник с водоструйной аэрацией и камерой смешения. В устройство также входит нитрификатор с аэратором, денитрификатор с загрузкой из искусственного материала, аппараты соединены соответственно между собой трубопроводами.
(Патент РФ №2114070, МПК-6, С 02 F 3/02, 1998 г.)
Недостатком работы указанного устройства является недостаточно высокое качество очистки сточных вод, отсутствие их дезинфекции, что не позволяет использовать повторно сточные воды в производстве.
Наиболее близким для предлагаемого изобретения является система для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих соединений и возврата их для водоснабжения предприятия, содержащее комбинированное сооружение, включающее усреднители и емкости некондиционных аммоний и нитратосодержащих азотных стоков, комплексы нитрификатора с аэротенками-смесителями, денитрификатора с емкостями-отстойниками. Кроме того, в систему входит двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод и ультрафиолетовая установка для их дезинфекции, аппараты соединены между собой трубопроводами. Сточные воды в системе подаются двумя потоками, усредняются, отстаиваются и, пройдя комплексы нитрификатора и денитрификатора, направляются в биореактор тонкой очистки сточных вод и для дезинфекции на ультрафиолетовую установку и затем возвращаются для водоснабжения предприятия. Отработанный избыточный ил при этом из нитрификатора, денитрификатора и емкостей-отстойников подается для сброса на городские очистные сооружения.
(Патент РФ №2162824, МПК 7, С 02 F 3/02, 1999 г.)
Недостатком работы указанной системы является ограниченная область ее применения, т.к. отсутствует установка переработки избыточного ила, это не дает возможности использования ила как продукта, а также не способствует повышению качества стоков. Кроме того, не используется в водообороте предприятия иловая вода, что снижает эффективность работы системы очистки в целом.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения и повышения эффективности работы системы очистки сточных вод.
Поставленная задача решается тем, что известная система для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих соединений и возврата их для водоснабжения предприятия, содержащая комбинированное сооружение, включающее усреднители и контрольные емкости аммонийсодержащих и нитратосодержащих азотных стоков, комплексы нитрификатора и денитрификатора с емкостями-отстойниками, двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод и ультрафиолетовую установку дезинфекции сточных вод, соединенных между собой трубопроводами, дополнительно содержит насосную станцию сточных вод, напорные баки избыточного ила с эжектором внутри, флотаторы, резервуары иловой воды и уплотненного ила, иловую насосную станцию и иловые площадки, оснащенные трубопроводами, при этом вход насосной станции сточных вод соединен с трубопроводами избыточного ила, подаваемого с комплексов нитрификатора, денитрификатора и емкостей-отстойников, а выходы ее соединены трубопроводами со входами напорных баков избыточного ила с эжектором внутри, выходы которых соединены трубопроводами со входами флотаторов, соединенных выходами с резервуарами уплотненного ила и иловой воды, причем выход резервуара уплотненного ила соединен трубопроводами через иловую насосную станцию со входами иловых площадок, а выход резервуара иловой воды соединен со вторым входом нитрификатора. Кроме того, система содержит два напорных бака избыточного ила с эжектором внутри объемом 2 м3 и два флотатора с патрубками подачи иловоздушной смеси, отвода уплотненного ила, отвода осветленной воды и опорожнения и удаления осадка с диаметром 100 мм, расположенными соответственно на боковой поверхности флотаторов на высоте 1540 мм, 4420 мм, 5150 мм и 200 мм от днища флотатора, а также содержит четыре иловые площадки с приподнятым дренажом общей площадью 13000 м2 и годовой нагрузкой до 2 м3/м2, при мощности установки очистки сточных вод до 300 м3/ч.
Совокупность дополнительных устройств в сочетании с известными придает системе очистки новые свойства, обеспечивающие эффективное использование избыточного ила, а также улучшение качества и увеличение количества воды, возвращаемой в водооборот предприятия. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию изобретения.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема системы для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих соединений и возврата из для водоснабжения предприятия.
Система включает трубопроводы и аппарты 1-39, соединенные между собой.
Первый поток с аммонийсодержащими азотными стоками поступает по трубопроводу 1 в усреднитель 2, где усредняется состав стоков и далее по трубопроводу 3 направляется в контрольную емкость 4, откуда по трубопроводу 5 на первый вход комплекса нитрификатора 6 (с аэротенками), где происходит процесс нитрификации аммонийсодержащих соединений, и далее по трубопроводу 7 для осуществления денитрификации. Второй поток с нитратосодержащими азотными стоками по трубопроводу 8 поступает в усреднитель 9, где усредняется их состав, и далее по трубопроводу 10 в контрольную емкость 11, откуда по трубопроводу 12 стоки направляют в комплекс денитрификатора 13 с аммонийсодержащими азотными стоками (емкости некондиционных аммонийсодержащих и нитратосодержащих азотных стоков условно не показаны). Из нитрификатора 6, где происходит процесс нитрификации аммонийсодержащих азотных стоков в трехкоридорных аэротенках при смешении с активным илом и продувкой воздухом, стоки по трубопроводу 7 направляют в денитрификатор 13. Здесь осуществляется процесс денитрификации нитратосодержащих и нитритофицированных стоков при смешении с активным илом (трубопроводы внутренней циркуляции ила в нитрификаторе 6 и денитрификаторе 13 условно на схеме не показаны). Из денитрификатора 13 по трубопроводу 14 стоки поступают в емкости отстойники 15, откуда их по трубопроводу 16 направляют в двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод 17, где происходит дополнительная очистка стоков в две ступени. Далее стоки по трубопроводу 18 поступают на вход ультрафиолетовой установки дезинфекции сточных вод 19, где происходит дезинфекция микроорганизмов за счет ультрафиолетовой обработки, и затем очищенные сточные воды поступают по трубопроводу 20 в заводскую сеть для повторного использования. Избыточный ил по трубопроводам 21, 22, 23 соответственно из нитрификатора 6, денитрификатора 13 и емкости-отстойника 15 по трубопроводу (коллектору) 24 направляют на насосную станцию сточных вод 25, откуда по трубопроводу 26 на узел напорных баков избыточного ила с эжектором внутри 27 и далее по трубопроводу 28 на флотаторы 29. Затем по трубопроводу 30 уплотненный ил направляют в резервуар уплотненного ила 31 и по трубопроводу 32 на иловую насосную станцию 33 и затем по трубопроводу 34 на иловые площадки 35 и далее по трубопроводу 36 на дальнейшую переработку потребителю (на схеме условно показан один напорный бак, флотатор и одна иловая площадка). С флотатора 29 по трубопроводу 37 иловая вода направляется в резервуар иловой воды 38 и затем по трубопроводу 39 на второй вход нитрификатора 6.
Система работает следующим образом. Поток аммонийсодержащих стоков подают для нитрификации по трубопроводам и аппаратам 1-5 в нитрификатор 6 (куда также, подают по трубопроводу 39 иловую воду), здесь происходит очистка стоков при смешении с илом двадцатисуточного возраста, (иловые линии подачи и рециркуляции условно не показаны), который является оптимальным по концентрации. В нитрификаторе 6 поддерживается необходимое количество микроорганизмов в виде хлопьев и тем самым предотвращается их вынос, что повышает прозрачность очищаемых стоков воды. Поток нитратосодержащих азотных стоков подают для денитрификации по трубам и аппаратам 8-12 в денитрификатор 13, здесь происходит очистка стоков при смешении с илом шестидесятисуточного возраста, который является оптимальным по концентрации. Кроме того, в денитрификатор 13 подают по трубопроводу 7 нитрифицированные стоки, которые с илом являются источником органического углерода, а также подают воднощелочные стоки (трубопровод условно не показан), что повышает степень денитрификации стоков. После денитрификатора 13 очищенные аммоний и нитратосодержащие стоки по трубопроводу 14 направляют в емкость-отстойник 15. Для глубокой очистки стоков осуществляют многократную циркуляцию ила и стоков. Для снижения концентраций загрязнений стоков и использования их в системе водоснабжения предприятия стоки с емкости-отстойника 15 по трубопроводу 16 направляют в двухступенчатый биореактор тонкой очистки 17, где производят дополнительную очистку стоков. В биореакторе 17 на первой и второй ступени происходит последовательное снижение показателей биологического и химического поглощения кислорода (показатели БПК и ХПК) и аммонийного азота. Затем стоки по трубопроводу 18 подают на ультрафиолетовую установку дезинфекции сточных вод 19 для дезинфекции микроорганизмов, в т.ч. не чувствительных к хлору, при этом не происходит изменения окислительных характеристик сточных вод. Далее по трубопроводу 20 очищенные сточные воды подают для повторного использования в заводскую сеть водоснабжения предприятий. Избыточный ил после биохимической очистки вод по трубопроводам 21, 22, 23 соответственно из нитрификатора 6, денитрификатора 13 и емкости-отстойника 15 направляют по трубопроводу 24 через насосную станцию 25 для дальнейшей переработки. Для этого в трубопровод 26 для уплотнения ила подают воздух, затем иловоздушную смесь направляют в напорный бак 27, который представляет собой емкость, гуммированную изнутри, время пребывания смеси при этом 1-5 мин. Затем иловоздушная смесь через эжектор, находящийся внутри напорного бака 27, дополнительно насыщается воздухом и по трубопроводу 28 поступает на флотатор (флотационный уплотнитель) 29, где снимается давление поступающей жидкости и происходит интенсивное выделение пузырьков воздуха, которые флотируют (увлекают) взвешенные частицы избыточного ила на поверхность. Образовавшаяся флотационная пена (уплотненный ил) по трубопроводу 30 сливается резервуар уплотненного ила 31 и затем по трубопроводу 32 через иловую насосную станцию 33 откачивается по трубопроводу 34 на иловые площадки 35, с которых направляется по трубопроводу 36 для дальнейшей переработки потребителю. Осадок с флотатора 29 удаляется по отдельному патрубку (условно на схеме не показан). Вода, отделенная на флотаторе 29 от уплотненного ила, переливается по трубопроводу 37 в резервуар иловой воды 38, откуда осветленная вода по трубопроводу 39 направляется в нитрификатор 6. Подача иловой воды позволяет уменьшить количество взвешенных частиц в стоках и увеличить количество воды для использования.
Таким образом, подавая раздельно стоки двумя потоками добиваемся эффективной очистки их в комплексах нитрификатора и денитрификатора, а дополнительно осуществляя очистку стоков в двухступенчатом биореакторе, добиваемся более тонкой очистки стоков, которые затем дезинфицируем на ультрафиолетовой установке и получаем возможность повторного использования воды в производстве. Направляя избыточный ил на переработку, получаем уплотненный ил, который можно использовать в строительных материалах, что также улучшает экологию окружающей среды, т.к. раньше ил сбрасывался на городские очистные сооружения. Кроме того, возвращая иловую воду в систему очистки снижаем количество взвешенных частиц в стоках, что улучшает качество стоков и увеличивает количество воды, возвращаемой в водооборот предприятия, получая таким образом замкнутый цикл переработки сточных вод и избыточного ила.
Экспериментальная проверка работы системы очистки в 3 кв. 2003 г. на ЗАО “Куйбышевазот” (г. Тольятти) показала ее эффективность. Ниже приведен пример и показатели работы системы.
Пример
Подаем аммонийсодержащие азотные стоки и иловую воду в количестве 3400 м3/сут (цепочка 1-5, трубопровод 39) в нитрификатор 6. Подаем нитритосодержащие азотные стоки в количестве 2300 м3/сут (цепочка 9-12) в денитрификатор 13, куда также подаем воднощелочные стоки в количестве 180 м3/сут, которые являются субстратом для процесса денитрификации и по трубопроводу 7 стоки с нитрификатора 6. После денитрификации аммоний и нитратосодержащие стоки в количестве 5700 м3/сут направляем по трубопроводу 14 в емкость-отстойник 15. Далее, после отстоя стоки по трубопроводу 16 направляем в биореактор 17 и по трубопроводу 18 на ультрафиолетовую установку 19 и по трубопроводу 20 в количестве 5700 м3/сут для повторного использования в производстве (при этом не учтены расходы циркуляции, % циркуляции колеблется от 30 до 50).
Избыточный ил по трубопроводам 21, 22, 23 в количестве 500 м3/сут с влажностью 99,6% направляем по трубопроводу 24 на насосную станцию 25 и по трубопроводу 26, в который подаем для глубокого уплотнения ила воздух, до 200% к объему избыточного ила. Далее иловоздушную смесь направляем в напорные баки с эжектором 27, где смесь дополнительно насыщается воздухом и по трубопроводу 28 поступает на флотатор 29, в котором взвешенные частицы всплывают на поверхность и уплотненный ил в количестве 480 м3/сут с концентрацией 96% по трубопроводу 30 сливается в резервуар уплотненного ила 31 и затем по трубопроводу 32 через насосную станцию 33 и по трубопроводу 34 на иловые площадки 35, откуда с влажностью 80-85% по трубопроводу 36 потребителю на дальнейшую переработку. Иловая вода из флотатора 29 по трубопроводу 37 сливается в резервуар иловой воды и в количестве 15-20 м3/сут возвращается по трубопроводу 39 в нитрификатор 6.
Аналитические показатели работы системы, которые соответствуют нормативным требованиям, следующие:
азот аммонийный, мг/л 1,8
азот нитратный, мг/л 2,7/
азот нитритный, мг/л 10,2
ХПК, мг О2/л 290
БПК, мг O2/л 10
Количество взвешенных
частиц, мг/л 28
Система внедряется в 4 кв. 2003 г. в ЗАО “Куйбышевазот”. Экономический эффект от внедрения до 5 млн. руб. в год.
Формула изобретения
1. Система для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих соединений и возврата их для водоснабжения предприятия, содержащая комбинированное сооружение, включающее усреднители и контрольные емкости аммонийсодержащих и нитратосодержащих азотных стоков, комплексы нитрификатора с аэротенками-смесителями, денитрификатора с емкостями-отстойниками, двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод и ультрафиолетовую установку дезинфекции сточных вод, соединенных между собой трубопроводами, отличающаяся тем, что дополнительно содержит насосную станцию сточных вод, напорные баки избыточного ила с эжектором внутри, флотаторы, резервуары иловой воды и уплотненного ила, иловую насосную станцию и иловые площадки, оснащенные трубопроводами, при этом вход насосной станции сточных вод соединен с трубопроводами избыточного ила, подаваемого с комплексов нитрификатора, денитрификатора и емкостей-отстойников, а выходы ее соединены трубопроводами со входами напорных баков избыточного ила с эжектором внутри, выходы которых соединены трубопроводами со входами флотаторов, соединенных выходами с резервуарами уплотненного ила и иловой воды, причем выход резервуара уплотненного ила соединен трубопроводами через иловую насосную станцию со входами иловых площадок, а выход резервуара иловой воды соединен трубопроводом со вторым входом нитрификатора.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит два напорных бака избыточного ила с эжектором внутри объемом 2 3 и два флотатора с патрубками подачи иловоздушной смеси, отвода уплотненного ила, отвода осветленной воды и опорожнения и удаления осадка с диаметрами 100 мм и расположенными соответственно на боковой поверхности флотаторов на высоте 1540 мм, 4420 мм, 5150 мм и 200 мм от их днища.
3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что содержит четыре иловые площадки с приподнятым дренажом, общей площадью до 13000 м2 и годовой нагрузкой до 2 м3/м2.
4. Система по пп.1-3, отличающаяся тем, что мощность установки очистки сточных вод составляет до 300 м3/ч.
РИСУНКИРисунок 1
