Биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод

Изобретение относится к устройствам для биологической очистки городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях. Первая иловая система биореактора основана на использовании прикрепленного на жестких ершах бактериального ценоза гетеротрофных микроорганизмов в отсеках идеальных смесителей с количеством ершовой насадки, гарантирующей соответствие возможностей окислительной способности системы аэрации и окислительной мощности биомассы прикрепленных микроорганизмов. Выведение избыточных биомасс илов из второй и третьей иловых систем организуют за счет устройства в отсеке третьей иловой системы камеры, отделенной сплошной вертикальной перегородкой и снабженной тонкослойным илоотделителем, трубопроводом удаления уплотненного ила на обезвоживание и лотком отвода надиловой воды на вход очищаемых стоков в первый отсек третьей иловой системы. Коридор биореактора третьей иловой системы делят сплошными вертикальными перегородками на камеры, заполненные контейнерами с ершовой насадкой, снабженные обособленно работающими системами барботеров аэрации воды и регенерации насадки. Технический эффект - увеличение эффективности и стабильности работы первой иловой системы с одновременным упрощением ее эксплуатации и снижением материалоемкости, упорядочение сброса, илоразделения и отвода надиловой воды при выведении избыточных осадков из иловой системы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам биологической очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях.

Известна установка для биохимической очистки сточных вод [1], включающая резервуар, поделенный вертикальными перегородками на секции и отсеки многоступенчатого биореактора, системы коммуникаций для подвода, распределения и отвода сточных вод, рециркуляции иловых смесей, подвода воздуха, оборудование для перекачки разбавленных иловых смесей, волокнистую насадку для удерживания иммобилизованных гидробионтов, тонкослойные пульсационные илоотделители и приспособления к ним, обеспечивающие пульсацию уровня воды.

Установка обеспечивает уменьшение объема резервуара биореакторов в сравнении с традиционными очистными станциями, но не позволяет повысить эффективность удаления из воды биогенных элементов (азота и фосфора), упростить эксплуатацию и уменьшить удельные энергозатраты на единицу объема очищаемых сточных вод.

Задача изобретения - увеличение эффективности и стабильности работы первой иловой системы с одновременным упрощением ее эксплуатации и снижением материалоемкости, упорядочение сброса, илоразделения и отвода надиловой воды при выведении избыточных осадков из иловой системы.

Поставленная задача решается тем, что в биореакторе для биологической очистки сточных вод иловую систему первого отсека ориентируют на использование исключительно прикрепленного на жестких ершах бактериального ценоза гетеротрофных микроорганизмов в отсеках идеальных смесителей с количеством ершовой насадки, гарантирующим соответствие возможностей окислительной способности системы аэрации и окислительной мощности биомассы прикрепленных микроорганизмов, индивидуальной для каждого вида сточных вод и сообщества прикрепленных микроорганизмов; выведение избыточных илов из второго и третьего отсеков каждой секции биореактора организуют за счет устройства к третьем отсеке секции биореактора камеры, отделенной от отсека сплошной вертикальной перегородкой, снабжения ее тонкослойным илоотделителем, трубопроводом удаления уплотненного ила на обезвоживание и лотком отвода надиловой воды на вход очищаемых сточных вод в третий отсек секции биореактора очистки сточных вод; коридор третьего отсека делят сплошными вертикальными перегородками на камеры, заполненные контейнерами с ершовой насадкой, снабженные обособленно работающими системами барботеров аэрации воды и регенерации насадки из ершей с приспособлениями и коммуникациями для отвода регенерационных вод в выделенную в третьем отсеке камеру илоотделения.

Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений про биореакторы для очистки сточных вод такой конструкции, какая предложена в формуле изобретения, что дает основание утверждать, что предлагаемый биореактор отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ приспособлений, которые используются в известных технических решениях и в том числе в прототипе, показал на существенные признаки, отличающие предлагаемое решение.

Преимущества свидетельствуют о том, что задачи, которые решаются, выполнены на изобретательском уровне, поскольку они не вытекают, очевидно, из известных в данной области техники решений и поэтому отвечают критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемый биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод в виде одной из нескольких параллельно работающих секций поясняется чертежами, где на Фиг.1 приведена план-схема одной из секций биореактора для трехиловой системы биологической очистки сточных вод. Фиг.2 - зависимость окислительной мощности первой иловой системы от количества ершовой насадки и окислительной способности системы аэрации от количества подаваемого воздуха и окислительной мощности удерживаемого ершовой насадкой биоценоза.

Биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод состоит из прямоугольного резервуара 1, лотка 2 впуска потока исходного стока 3 на первую стадию очистки сточных вод (отсек 4). Отсек 4 снабжен барботерами 5 аэрации, присоединенными к воздуховоду 6, контейнерами 7 с жесткой ершовой насадкой, эрлифтами 8 рециркуляции по трубопроводам 9 очищенной сточной жидкости внутри отсека 4 первой стадии и биологической очистки сточных вод. Через водосливную перегородку 10 сточная жидкость и избыточная бактериальная биопленка перетекают в отсек 11 второй ступени биологической очистки сточных вод. На начальном участке длины отсека 11 размещены контейнеры 12 с ершовой насадкой, удерживающей прикрепленные микроорганизмы. В отсеке 11 также равномерно распределены над днищем резервуара 1 барботеры 5 аэрации иловой смеси. Заканчивается отсек 11 камерой 13, в которой находится тонкослойный пульсационный илоотделитель 14. Иловая смесь входит в камеру 13 через окна 15 и через ниши 16, опускается под полочное пространство, где разделяется на два потока. Поток осветленный воды по лоткам 17 самотеком поступает в отсек 18 третьей ступени биологической очистки сточных вод, а возвратный активный ил по трубопроводу 19 возвращается на вход отсека 11. Камера 13 сообщается перфорированной трубой 20 с пульсатором 21, внутри которого имеется эрлифт для подачи иловой смеси в трубопровод 19 возвратного ила и гидрозатвор со сбросной трубой 22 воздуха. К пульсатору 21 имеется подвод воздуха.

Отсек 18 поделен вертикальными перегородками на камеры 23, 24, 25, 26. Камеры 23, 25, 26 являются биореакторами третьей стадии биологической очистки сточных вод и они снабжены контейнерами 27 с ершовой насадкой из смеси лески или щетины с супертонкими капроновыми или лавсановыми волокнами, барботерами 28 аэрации по эрлифтным нишам 29 и барботерами 30 регенерации ершовой насадки в контейнерах 27. Во время включения в работу барботеров 30 регенерации поочередно последовательно, начиная с камеры 23 и заканчивая камерой 26, включаются эрлифты или погружные насосы, размещенные в камерах 23, 25, 26, и по специальным трубопроводам регенерационная жидкость направляется в нишу 31 камеры 24. Из ниш 31 иловая смесь поступает в полочное пространство 32 илоотделителя регенерационных вод, где разделяется на два потока. Один из потоков - осветленной воды по лоткам 33 перетекает в камеру 23, а второй поток собирается у днища камеры 24 перфорированным трубопроводом и по сбросной трубе 34 направляется в накопитель осадков (не приведенный на Фиг.1). Биологически очищенная сточная жидкость по лотку 35 выводится за пределы резервуара 1 и потоком 36 отводится на обеззараживание.

Работает биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод следующим образом.

Исходный сток потоком 3 по лотку 2 поступает в отсек 4 резервуара 1. Двигаясь по отсеку 4, сточная жидкость постоянно продувается воздухом, поступающим по барботерам 5, подключенным к воздуховоду 6, насыщается кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий, населяющих волокнистую ершовую насадку в контейнерах 7. Поскольку барботаж воздухом осуществляется под контейнерами 7, то заиливания бактериальным гетеротрофным илом ершовой насадки не происходит. Использование жестких ершей, состоящих исключительно из лески или щетины диаметром волокон не менее 0,2 мм, обусловлено необходимостью исключения слипания волокон при их обрастании бактериальной пленкой. Прирастающая бактериальная масса отрывается воздухом от волокон и уносится с потоком сточной жидкости на вторую стадию очистки. Внутри отсека 4 перемешивание стока вновь поступающего с уже отработанным и обогащенным ферментами гетеротрофных бактерий происходит за счет работы эрлифтов 8, перекачивающих по трубопроводам 9 отработанный сток к входу сточных вод в отсек 4. Прошедшая первую ступень бактериальной обработки сточная жидкость через водосливную перегородку 10 перетекает в отсек 11 второй ступени биореактора.

На второй стадии биологической очистки сточных вод работает свободноплавающий нитрифицирующий активный ил, находящийся в отсеке 11 во взвешенном состоянии вследствие наличия по всему днищу отсека 11 барботеров 5 аэрации. На входе в отсеке 11 помещено ограниченное количество контейнеров 12 с ершовой насадкой, имеющей 10%-ную подшерстку из супертонких химических волокон. Заиления таких ершей не происходит потому, что денитрифицирующие бактерии прикрепленного биоценоза выделяют молекулярный азот, и он, выделяясь в виде пузырьков газа, взрыхляет биомассу, не дает ей скомковаться. На выходе из отсека 11 размещается камера 13 с тонкослойным пульсационным илоотделителем 14. Иловая смесь через окна 15 перетекает в ниши 16 камеры 13 и, опускаясь к днищу камеры 13, разделяется на два потока. Поток осветленной воды, поднимаясь вверх через полочное пространство, поступает в сборные лотки 17 и вытекает в отсек 18 третьей стадии биологической очистки сточных вод. Поток уплотненной иловой смеси по перфорированному трубопроводу 20 через бак пульсатора 21 с помощью эрлифта по трубопроводу 21 направляется на вход сточных вод в отсек 11. Иловая смесь транспортирует нитраты, образовавшиеся из азота аммонийного в процессе жизнедеятельности автотрофных нитрифицирующих бактерий активного ила во второй половине длины отсека 11, где содержание растворенного кислорода в воде достигает 4 мгО₂/л, так как количество органических веществ снизилось до уровня величины БПК_П=15...20 мгО₂/л и на их окисление расходуется мало кислорода. Бак пульсатора 21 имеет вверху непрерывный подвод воздуха, и по мере вытеснения иловой смеси до гидрозатвора, размещенного в нижней части бака, вода в гидрозатворе выдавливается и воздух стравливается в атмосферу по сбросной трубе 22.

Опорожненный бак пульсатора 21 по перфорированной трубе 20 заполняется иловой смесью в течение нескольких секунд, понижая уровень воды в камере 13 и в полочном пространстве илоотделителя 14. Резкое опускание уровня воды в полочном пространстве обеспечивает сдвиг осевшего на полки активного ила и его сползание к перфорированному трубопроводу 20.

Перетекающая по лоткам 17 в отсек 18 осветленная сточная жидкость поступает в камеру 23, оснащенную контейнерами 27 с ершовой насадкой, состоящей на 20% по весу из супертонких химических волокон капрона или лавсана. Двигаясь по спирали вдоль камеры 23, сточная жидкость в эрлифтной нише 29 за счет барботеров 28 аэрации насыщаете кислородом, а в пространстве, заполненном контейнерами 27, освобождается от частиц активного ила, сорбируемых волокнами ершей, и остатков органических веществ и азота аммонийного, извлекаемых из воды биоценозом прикрепленных на ершах гидробионтов.

Из камеры 23 вода перетекает в камеру 25, а затем в камеру 26, где очистка осуществляется аналогично, как и в камере 23, и далее по лотку 35 потоком 36 выводится на обеззараживание. По мере заиления ершовой насадки в контейнерах 27 отсека 18 камеры 23, 25 и 26 переводятся последовательно в режим регенерации. В режиме регенерации воздух подается в барботеры 30 регенерации, и с помощью воздушных пузырьков с ершовой насадки в контейнерах 27 срывается избыточная биомасса гидробионтов, фекалии и псевдофекалии.

С помощью эрлифтов или погружных насосов (на Фиг.1 они не показаны) регенерационная жидкость из, соответственно последовательно, камер 23, 25 и 26 перекачивается в камеру 24 в пазухи 31, где она опускается к днищу и разделяется на два потока. Поток осветленной жидкости, двигаясь через полочное пространство 32, перетекает в лотки 33 и отводится в камеру 23. Поток уплотненного осадка, собранный перфорированным трубопроводом 34, выводится из резервуара 1 на последовательную обработку. В камеру 24 отводится и избыточный активный ил из отсека 11 по специальному ответвлению трубопровода 19 возвратного активного ила.

Как и в прототипе, соотношение объемов отсеков биологической очистки сточных вод обусловлено необходимостью поддержания нагрузок на биомассу гидробионтотов, работающих по стадиям очистки сточных вод. Однако, поскольку на первой стадии предлагается использовать биоценоз прикрепленных микроорганизмов, то для приведения в соответствие окислительной способности системы аэрации и окислительной мощнощности биомассы прикрепленных микроорганизмов необходимо охарактеризовать адгезионные свойства волокон жестких ершей по отношению к биомассе гетеротрофных бактерий и влияние барботажа воздуха на удерживание биомассы бактерий волокнами ершей в контейнерах, расположенных над барботерами в объеме первого отсека биореактора.

На Фиг.2 приведены значения удельной биомассы бактерий по беззольному веществу на единицу веса ерша при различных удельных расходах воздуха через систему барботеров мелкопузырчатой аэрации (линия 1) и значения окислительной способности системы аэрации, выполненной из тканевых аэраторов, при глубине слоя воды над ними 4.5 м (линия 2). Поскольку удельная скорость окисления органических веществ биоценозом первой иловой системы, в среднем, находится на уровне 40 г БПК_П одним килограммом беззольного вещества микроорганизмов в час, то при расходе воздуха 1 м³/м³ объема биореактора в час поступит в воду около 55 г О₂, следовательно, необходимо иметь, в среднем, в 1 м³ объема биореактора около 1,2 кг биомассы бактериальных микроорганизмов или около 1,2 кг ершей. В 1 м³ контейнера помещается 6,4 кг ершей, поэтому на каждые 100 м³ объема первой ступени биореактора нужно поместить 20 м³ объема контейнеров с ершовой насадкой или занять ершами 20% объема биореактора. При различной концентрации загрязнений в сточных водах целесообразно заполнение первого отсека биореакторов контейнерами с ершовой насадкой от 10 до 40% объема ступени, а удельный расход воздуха варьировать от 0,7 до 2,0 м³/м³/час.

Источники информации

1. Установка для биохимической очистки сточных вод. Патент на изобретение №2183592, кл. 7 С 02 F 3/02. Патентообладатель: ООО «фирма «Экос», 2002 г.

1. Биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод, включающий секции и отсеки с разными по набору комплектующими, илоотделители для удерживания и накопления в отсеках соответствующих биоценозов, контейнера с ершовой насадкой для удерживания биоценозов и фекалий и псевдофекалий зоопланктона, систему барботеров аэрации и регенерации насадки из ершей и тонкослойных илоотделителей, устройства для перекачки иловых смесей с выхода из биореактора в каждом отсеке на его вход или в накопитель осадков, отличающийся тем, что первый отсек каждой секции биореактора выполняют с возможностью использования исключительно прикрепленных гетеротрофных микроорганизмов, поэтому снабжают контейнерами с ершовой насадкой из жестких ершей в количестве, обеспечивающем соответствие возможностей окислительной способности системы аэрации и окислительной мощности прикрепленной на ершах биомассы бактериальных микроорганизмов, и не имеет отстойного илоотделителя, второй отсек каждой секции биореактора выполняют с возможностью использования сообщества прикрепленных на ершовой насадке микроорганизмов и свободноплавающего активного ила, который удерживают в отсеке тонкослойными пульсационными илоотделителями, третий отсек каждой секции биореактора выполняют с возможностью использования сообщества микроорганизмов, которых удерживают в отсеке исключительно ершовой насадкой, оснащают выделенной с помощью сплошной вертикальной перегородки отстойной камерой, расположенной у входа сточных вод в третьем отсеке, куда отводят регенерационную воду из обособленных вертикальными сплошными перегородками камер, последовательно включаемых в процесс очистки третьего отсека, на которые его коридор делят для превращения в вытеснитель.

2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что отстойную камеру третьего отсека снабжают тонкослойным модулем, трубопроводом удаления уплотненного осадка и водосливным лотком для перетока осветленной регенерационной воды в третий отсек биореактора.