Способ аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод

Изобретение относится к технологии очистки сточных вод и может быть использовано для биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях городского хозяйства. Способ аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод включает создание над соответствующими участками дна аэротенка, по меньшей мере, двух зон, из которых одна - нитрификация, а другая - денитрификация. В зоне нитрификации создают аэробные условия, а в зоне денитрификации - аноксидные. В зоне нитрификации создают мелкопузырчатую аэрацию с помощью пневматических аэраторов, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна аэротенка. По меньшей мере, в двух упомянутых зонах аэротенка образуют широкую полосу аэрации. В зоне денитрификации создают средне- и/или крупнопузырчатую аэрацию, образуемую с помощью других пневматических аэраторов, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна аэротенка. Технический результат: повышение интенсивности очистки сточных вод путем увеличения скорости процесса биологической очистки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к технологии очистки сточных вод и может быть использовано для биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях городского хозяйства.

Известен способ аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод, согласно которому над соответствующими участками дна аэротенка создают, по меньшей мере, две зоны, из которых одна - нитрификация, а другая - денитрификация, причем в зоне нитрификации создают аэробные условия, а в зоне денитрификации - аноксидные, при этом в зоне нитрификации создают мелкопузырчатую аэрацию из пневматических аэраторов, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна аэротенка, а в зоне денитрификации ведут механическое перемешивание активного ила с помощью соответствующих механических мешалок, приводимых в действие посредством соответствующих электромоторов и предварительно помещенных в упомянутую зону (См. «Расчет сооружений биологической очистки городских сточных вод»: Метод. указания по курс. и диплом. проэктиров. для студ. спец. 2908 - водоснабжение, канализация, рацион. использование и охрана водных ресурсов (всех форм обучения)/ СПб. инж.-строит. ин-т; Сост. Б.Г. Мишуков. СПб., 1993, стр.12-13, рис.2 на стр.13).

Этот известный способ аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод выбирается в качестве прототипа, так как он решает аналогичную задачу, что и предлагаемое изобретение, имеет с ним наибольшее число общих существенных признаков и является одной из последних разработок в данной области. Однако прототип имеет существенные недостатки:

- на функционирование этого способа необходимы высокие энергетические затраты, что обусловлено наличием механического перемешивания активного ила в зоне денитрификации с помощью механической мешалки;

- очистка сточной воды протекает неинтенсивно, так как в зоне денитрификации аэробное окисление полностью подавлено из-за применения только процесса механического перемешивания активного ила.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение интенсивности очистки сточных вод путем увеличения скорости процесса биологической очистки сточных вод.

Поставленная задача решена так, что в известном способе аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод над соответствующими участками дна аэротенка создают, по меньшей мере, две зоны, из которых одна - нитрификация, а другая - денитрификация, причем в зоне нитрификации создают аэробные условия, а в зоне денитрификации

- аноксидные, при этом в зоне нитрификации создают мелкопузырчатую аэрацию с помощью пневматических аэраторов, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна аэротенка, согласно предлагаемому изобретению, по меньшей мере, в двух упомянутых зонах аэротенка образуют широкую полосу аэрации, причем в зоне денитрификации создают средне- и/или крупнопузырчатую аэрацию, образуемую с помощью других пневматических аэраторов, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна аэротенка.

Есть вариант развития исходного технического решения, по которому в качестве пневматических аэраторов используют трубчатые аэраторы, из которых в зоне нитрификации - пористые, а в зоне денитрификации - перфорированные, причем в упомянутых зонах из соответствующих им аэраторов в придонной части соответствующих участков дна аэротенка вначале образуют модули, в каждом из которых устанавливают аэраторы попарно по обе стороны воздуховода и с соответствующим шагом, а затем эти модули располагают на соответствующем друг от друга расстоянии в придонных частях соответствующих участков дна аэротенка, при этом шаг между аэраторами в модуле и расстояние между модулями в упомянутых придонных частях выбирают из условий образования в соответствующих зонах аэротенка широкой полосы аэрации.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать новый способ аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод, который позволяет увеличить интенсивность очистки сточных вод путем увеличения скорости процесса биологической очистки сточных вод. Это достигается тем, что и в зоне денитрификации, как это ни парадоксально, частично происходит процесс нитрификации. Кроме того, для реализации предлагаемого способа потребуется меньше электроэнергии, т.к. в зоне денитрификации применяется средне- и/или крупнопузырчатая аэрация, часть энергии от которой затрачивается еще и на процесс аэробной биологической очистки сточных вод, а не только на механическое поддержание активного ила во взвешенном состоянии. Более того, все вышеуказанные преимущества достигаются за счет того, что в аротенке образуют широкую полосу аэрации, охватывающую как зону нитрификации, так и зону денитрификации.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение имеет существенные отличия, которые заключаются в том, что во все упомянутые зоны аэротенка введено образование широкой полосы аэрации, введены соответствующие действия как по направленному выбору аэраторов и соответствующего их расположения, так и по использованию соответствующих систем пневматической аэрации.

Проведенный заявителями информационно-патентный поиск показал, что предлагаемая совокупность существенных отличительных признаков неизвестна, что позволяет заявляемое изобретение признать новым.

Однако известно, что в зоне денитрификации «возможно использование пневматических аэрационных систем, но при этом растворяющийся кислород (из воздуха) снижает эффективность денитрификации...» (См. «Расчет сооружений биологической очистки городских сточных вод»: Метод. указания по курс. и диплом. проэктиров. для студ. спец. 2908 - водоснабжение, канализация, рацион. использование и охрана водных ресурсов (всех форм обучения)/ СПб. инж.-строит. ин-т; Сост. Б.Г.Мишуков. СПб., 1993, стр.13). Это справедливо только при содержании кислорода в иловой смеси, подавляющем процесс денитрификации. Однако, в нашем случае, за счет применения средне- и/или крупнопузырчатой аэрации с низкой интенсивностью, достигаемой благодаря широкой аэрируемой полосе, в зонах денитрификации содержание кислорода настолько мало, что процесс денитрификации не подавляется. Вместе с тем, кислород, поступающий в иловую смесь при аэрации, используется нитрифицирующимися бактериями, а также аэробными гетеротрофами, неспособными осуществлять денитрификацию, что и повышает общую скорость процесса биологической очистки от азота и органических веществ.

Таким образом, в зоне денитрификации широкая аэрируемая полоса с применением средне- и/или крупнопузырчатой аэрации позволяет, с одной стороны, поддерживать активный ил во взвешенном состоянии при низкой интенсивности аэрации, что экономит энергозатраты на перемешивание иловой смеси, а с другой стороны, обеспечивает кислородный режим, при котором интенсивно протекает денинтрификация и сохраняются процессы нитрификации и аэробного окисления органических веществ, что в целом интенсифицирует процесс биологической очистки.

В зонах нитрификации широкая аэрирующая полоса с применением мелкопузырчатой аэрации позволяет:

- больше кислорода переводить в сточную воду из воздушных пузырьков, что при той же подаче кислорода в воду сокращает расход воздуха на аэрацию, а значит, дает экономию электроэнергии на подачу сжатого воздуха;

- сократить величину минимально допустимой интенсивности аэрации, при которой обеспечивается уровень перемешивания для поддержания ила во взвешенном состоянии, что исключает лишний расход воздуха и, следовательно, экономит электроэнергию.

Таким образом, предлагаемое изобретение отвечает критерию «изобретательский уровень», так как оно для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники, поскольку оно противоречит традиционному подходу в обеспечении аэрационной очистки сточных вод, в частности используются различные системы пневматической аэрации с широкой аэрируемой полосой для создания и функционирования в аэротенке зон нитрификации и денитрификации.

Практическая применимость предлагаемого способа поясняется чертежом, где:

Фиг.1 - Общая схема предлагаемого процесса

Фиг.2 - Схема перспективного варианта реконструкции существующих аэротенков.

Фиг.3 - Вариант одного из модулей, образованного из пневматических трубчатых аэраторов, расположенный в придонной части аэротенке,

Фиг.4 и 5 - Виды на упомянутый модуль.

Практическая применимость предлагаемого способа аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод подтверждается нижеследующим описанием.

В аэротенке 1 над соответствующими участками его дна 2 создают, по меньшей мере, две зоны 3 и 4. Одна из зон, в данном случае 3 - нитрификация, а другая зона 4 - денитрификация. (Размер этих зон и их число, а также их порядок чередования в каждом конкретном случае системы очистки сточных вод зависит от содержания органических веществ и азота в сточной воде и возвратном иле, заданного технологического режима и требований к качеству очищенных стоков). Причем в зоне 3 нитрификации создают аэробные условия, а в зоне 4 денитрификации - аноксидные. При этом в зоне 3 нитрификации создают мелкопузырчатую аэрацию с помощью пневматических аэраторов 5, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна 2, отводимого для образования над ним зоны 3 нитрификации, аэротенка 1. В зоне 4 денитрификации создают средне- и/или крупнопузырчатую аэрацию с помощью других пневматических аэраторов 6, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна 2, отводимого для образования над ним зоны 4 денитрификации, аэротенка 1 (Фиг.1 и 2). В упомянутых зонах 3 и 4 образуют широкую полосу аэрации.

Необходимо отметить, что в качестве пневматических аэраторов 5 и 6 используют трубчатые аэраторы, из которых в зоне 3 нитрификации - пористые, а в зоне 4 денитрифакации - перфорированные. (Фиг.3-5). Это обусловлено тем, что в настоящее время такие аэраторы являются наиболее перспективными для образования широкой полосы аэрации. Причем в упомянутых зонах 3 и 4 из соответствующих им аэраторов 5 и 6 в придонной части соответствующих участков дна 2 аэротенка 1 в начале образуют модули 7 (4 и 5). В каждом из этих модулей 7 устанавливают аэраторы 5 и 6 попарно по обе стороны воздуховода 8 и с соответствующим шагом (Фиг.4). Затем эти модули 7 располагают на соответствующем друг от друга расстоянии в придонных частях соответствующих участков дна 2 аэротенка 1. При этом шаг между аэраторами 5 и 6 в модуле 7 и расстояние между модулями 7 в упомянутых придонных частях выбирают из условий образования в соответствующих зонах 3 и 4 аэротенка 1 сплошной и широкой полосы аэрации.

Конкретно предлагаемый способ был опробован в условиях Государственного унитарного предприятия «Водоканал Санкт-Петербурга» на одной из его станций очистки в одном из аротенков (Фиг.1). В одной из секций аэротенка были созданы три зоны, из которых первая - нитрификация (Н1). Она заняла начальный участок 1-го коридора длиной 134,4 м (до 4-й группы воздушных стояков) и имела объем 6580 м³. Вторая - зона денитрификации (Д), объемом 5640 м³ и была расположена в конце 1-го и начале 2-го коридорах на участках длиной по 57,6 м. Последняя зона - 2-я зона нитрификации (Н2) занимала остальную часть 2-го коридора (участок длиной 134,4 м³) и весь 3-й коридор и имела объем 15980 м³. Аэробный режим в зонах H1, H2 и аноксидный в зоне Д обеспечивали с помощью различных типов аэраторов (пористых и перфорированных) и различной интенсивности аэрации, а также режимом подачи сточной воды. В качестве упомянутых аэраторов были использованы трубчатые аэраторы фирмы «КРЕАЛ» (Санкт-Петербург), которые были смонтированы попарно через полиамидные тройники на полиэтиленовых трубах ПНД-160, образуя аэрирующие модули шириной 1,1 м. Модули расположили в коридорах в 4 и 3 ряда с интервалом 0,9-1 м, образуя аэрируемые полосы шириной, соответственно, 7,25 и 5,3 м.

Средняя по секции ширина аэрируемой полосы 6,86 м. Отношение площади аэрируемой зоны к площади зеркала аэротенка 0,82 (в существующих секциях эта величина составляет 0,2).При расчетном расходе воздуха 16 тыс. м³/час расход воздуха и интенсивность аэрации по зонам одной секции аэротенка составляет (табл.1)

Таблица 1

Зона	Qв, тыс. м3/час	Ja, м3/м2 час
H1	4355	3,90
Д	2000	2,08
Н2	9645	3,55
Средняя 3,33

В зонах H1, H2 разместили модули с пористыми аэраторами «КРЕАЛ», в зоне Д - модули с перфорированными аэраторами «КРЕАЛ».

Расчетный расход воздуха на 1 аэратор:

- пористый - 3,94 м³/час;

- перфорированный - 2,82 м³/час.

Рабочий диапазон расхода воздуха на одну секцию аэротенка 12-20 тыс. м³/час.

Во время испытаний вели отбор проб в соответствующих контрольных точках с соответствующим временным интервалом. Анализ проб на содержание загрязняющих веществ выполнялся в химико-биологической лаборатории по стандартным методикам. Для исключения вторичных процессов в отобранных пробах за период с момента отбора до анализа в лаборатории их отстаивали (до 5 минут) и осветленную воду сливали в бутыль, которую, по возможности, быстро (за 5-20 минут) доставляли в лабораторию и передавали на анализ растворенных форм азота. Концентрация растворенного кислорода измерялась оксиметром. Расход воздуха контролировался по приборам, установленным на каждой секции аэротенка. В период обследования расход воздуха отвечал среднему расходу воздуха на одну секцию аэротенка I очереди. Результаты опытной проверки предлагаемого способа позволяют сделать следующие выводы (табл.2 и 3):

Таблица 2

Кислородный режим стабильно отвечает режиму, предусмотренному технологией нитриденитрификации, включая поддержание аноксидных условий в зоне денитрификации	Средняя концентрация кислорода, мг/л
- зона денитрификации (аноксидная зона)	0,05
- зона нитрификации (аэробная зона)	3,5

Таблица 3

	Выходная концентрация, мг/л	Эффективность очистки, %
- азот аммонийный	0,95	92,9
- азот нитратный	7,02	44,3
- азот нитритный	0,039	-

Достигнутые в экспериментальной секции аэротенка показатели очистки сточных вод по азоту выше, чем в целом по аэротенку, и с запасом обеспечивают выполнение установленного лимита, а также требования ХЕЛКОМа на сброс азота.

1. Способ аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод, включающий создание над соответствующими участками дна аэротенка, по меньшей мере, двух зон, из которых одна - нитрификация, а другая - денитрификация, причем в зоне нитрификации создают аэробные условия, а в зоне денитрификации - аноксидные, при этом в зоне нитрификации создают мелкопузырчатую аэрацию с помощью пневматических аэраторов, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна аэротенка, отличающийся тем, что, по меньшей мере, в двух упомянутых зонах аэротенка образуют широкую полосу аэрации, причем, в зоне денитрификации создают средне - и/или крупнопузырчатую аэрацию, образуемую с помощью других пневматических аэраторов, которые предварительно располагают в придонной части соответствующего участка дна аэротенка.

2. Способ аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод по п.1, отличающийся тем, что в качестве пневматических аэраторов используют трубчатые аэраторы, из которых в зоне нитрификации - пористые, а в зоне денитрификации - перфорированные, причем, в упомянутых зонах из соответствующих им аэраторов в придонной части соответствующих участков дна аэротенка вначале образуют модули, в каждом из которых устанавливают аэраторы попарно по обе стороны воздуховода и с соответствующим шагом, а затем эти модули располагают на соответствующем друг от друга расстоянии в придонных частях соответствующих участков дна аэротенка, при этом шаг между аэраторами в модуле и расстояние между модулями в упомянутых придонных частях выбирают из условий образования в соответствующих зонах аэротенка широкой полосы аэрации.