Способ биологической очистки сточных вод и устройство для его осуществления
Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности при новом строительстве и реконструкции действующих очистных сооружений. Сточные воды подают в биореактор, содержащий анаэробную и аэробную зоны, вместе со смесью взвешенного активного ила и свободно плавающих насадок. В аэробной зоне смесь разделяют на два потока. Один поток возвращают на смешение с исходными сточными водами, а другой направляют в илоотделитель на предварительное осветление с получением уплотненного активного ила, возвращаемого в аэробную зону, и смеси избыточного ила и биологически очищенных сточных вод. Осуществляют регулируемый ввод воздуха в биореактор. В анаэробной зоне сточные воды приводят в циркуляционное движение по замкнутому каналу, образованному, по меньшей мере, одной перегородкой, путем механического или пневматического воздействия. Резервуар устройства снабжен водоподающим и водоотводящим лотками. Илоотделитель снабжен не доходящей до дна резервуара перегородкой с окнами и струенаправляющими козырьками. Технический результат: повышение степени очистки сточных вод от взвешенных веществ, а также от органических соединений, аммонийных соединений и фосфора, исключение условий для повышения концентрации продуктов метаболизма. 2 н. и 11 з.п.ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности при новом строительстве и реконструкции действующих очистных сооружений.
Известен способ биологической очистки сточных вод, раскрытый в патенте RU №2042648 С, МПК 7 C 02 F 3/02, 27.08.1995, принятый за прототип предложенного способа, в котором подачу смеси исходных сточных вод с нитрифицированным активным илом на стадию аэрации ведут рассредоточено по всей длине биореактора, при этом используют фиксированные и свободно плавающие самогенерирующие насадки для прикрепления к их поверхности микроорганизмов активного ила, а в качестве свободно плавающих насадок используют взвешенные вещества, поступающие с исходными сточными водами. Иловую смесь на стадии аэрации делят на два потока, один из которых подают на уплотнение, а затем на смешение с исходными сточными водами в качестве нитрифицированного активного ила, а другой разделяют на стадии аэрации в потоке со скоростью не более 1,5 мм/с на рециркуляционный активный ил, который под воздействием восходящего водовоздушного потока возвращают на стадию аэрации, и смесь биологически очищенных сточных вод и избыточного активного ила с концентрацией, не превышающей прироста активного ила, которую направляют на осветление.
Недостатками указанного способа являются: трудность и неэкономичность поддержания активного ила и свободно плавающих саморегенерирующихся насадок во взвешенном состоянии и интенсивного массообмена в анаэробной стадии, обеспечения циркуляции иловой смеси, а также недостаточное снижение содержания солей аммонийного азота и соединений фосфора биологическим способом.
Известно устройство для биологической очистки сточных вод, раскрытое в свидетельстве на полезную модель RU №404 U, МПК 7 C 02 F 3/02, 16.05.1995, которое принято за прототип предлагаемого устройства, содержащее резервуар с водоподающим и водоотводящим лотками, разделенный перегородками на два и более продольных коридора, снабженных системой аэрации и являющихся ступенями очистки. Резервуар разделен поперечной перегородкой с образованием поперечного коридора, служащего регенератором-уплотнителем рециркуляционного активного ила. Все коридоры разделены наклонными, не доходящими до дна перегородками, снабженными окнами со струенаправляющими козырьками и образующими в коридорах зоны аэрации и илоотделения. Под перегородками установлен барботер, зоны аэрации ступеней очистки снабжены фиксированными и плавающими насадками для прикрепления микрофлоры, а зоны илоотделения - тонкослойными модулями. Продольные вертикальные перегородки снабжены окнами пропуска частично очищенных и осветленных сточных вод на последующую ступень очистки, поперечная перегородка оснащена окнами выпуска иловой воды, расположенными выше уровня воды в ступенях очистки, зона илоотделения регенератора-уплотнителя снабжена лотком сбора иловой воды и эрлифтом перекачки уплотненного ила в водоподающий лоток, а зоны аэрации ступеней очистки снабжены эрлифтом для перекачки иловой смеси в регенератор-уплотнитель.
Недостатками этого устройства являются: отсутствие возможности поддержания активного ила и свободно плавающих саморегенерирующихся насадок во взвешенном состоянии и активного массообмена, а также подверженность фильтров к засорению во время случайного прекращения подачи воздуха в систему аэрации.
Задачей изобретения является повышение степени очистки сточных вод от взвешенных веществ, а также от органических соединений, аммонийных соединений и фосфора. Решение этой задачи обеспечивает получение технического результата, заключающегося в исключении условий для повышения концентрации продуктов метаболизма, а также достижении концентрации активного ила в аэрируемой жидкости более 12 г/л и увеличении его возраста более 18 суток.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в способе биологической очистки сточных вод, при котором сточные воды подают в биореактор и смешивают вместе со смесью взвешенного активного ила и свободно плавающих насадок для прикрепления к их поверхности микроорганизмов активного ила, разделяют иловую смесь в аэробной зоне на два потока, один из которых возвращают на смешение с исходными сточными водами, а другой направляют в илоотделитель на предварительное осветление с получением уплотненного активного ила и свободно плавающих насадок, возвращаемого в аэробную зону, и смеси избыточного ила и биологически очищенных сточных вод, которые после окончательного осветления выводят через водоотводящий лоток, в отличие от прототипа осуществляют регулируемый ввод воздуха в биореактор с получением анаэробной и аэробной зон с разнородной по концентрации растворенного кислорода средой, при этом в анаэробной зоне до разделения потока сточные воды приводят в циркуляционное движение потока по коридорам биореактора путем механического или пневматического воздействия на него, а после разделения первый поток возвращают в анаэробную зону. Циркуляционное движение потока осуществляют со скоростью не менее 0,15 м/с, а после разделения второй поток имеет восходящую скорость не более 2,6 мм/с. Используют взвешенный активный ил с концентрацией сухого вещества не менее 2,5 г/л. Концентрацию растворенного кислорода в анаэробной зоне поддерживают не выше 0,4 мг/л. Концентрацию растворенного кислорода в аэробной зоне поддерживают до 0,5 мг/л - на границе с анаэробной стадией, до 4,2 мг/л - в середине и до 5 мг/л - в конце. Используют свободно плавающие насадки, являющиеся саморегенерирующимися, выполненные из полимера и имеющие пустоты, предохраняющие биопленку от истирания. Соотношение объемов аэробной и анаэробной зон биореактора выбирают в зависимости от концентрации загрязнения сточных вод, при этом, преимущественно, объем аэробной зоны составляет от 2/3 до 3/4 объема.
Указанный технический результат обеспечивается также за счет того, что в устройстве биологической очистки сточных вод, содержащем резервуар с водоподающим и водоотводящим лотками, загруженный свободно плавающими насадками, разделенный, по меньшей мере, одной перегородкой на коридоры с образованием аэробной зоны с системой аэрации, средство для гидравлической защиты фильтросов от засорения, илоотделитель, снабженный не доходящей до дна резервуара перегородкой с окнами и струенаправляющими козырьками, в отличие от прототипа сформирована анаэробная зона, образованная указанными перегородками, расположенными таким образом, что указанные коридоры образуют замкнутый канал, устройство снабжено средством для механического или пневматического воздействия на проходящий поток очищаемых сточных вод со смесью взвешенного активного ила и свободно плавающих насадок для обеспечения их циркуляции по замкнутому каналу (лабиринту), при этом в конце коридоров лабиринта желательно устанавливать направляющие перегородки, имеющие дугообразную форму. Аэробная зона занимает от 1/2 до 3/4 объема резервуара, предпочтительно, от 2/3 до 3/4 объема. Система аэрации установлена под перегородкой илоотделителя. Устройство снабжено средством для гидравлической защиты фильтров от засорения, выполненным в виде стояка, уровень воды в котором находится выше уровня воды в резервуаре. Средства для механического или пневматического воздействия на проходящий поток установлены в анаэробной зоне.
На фиг.1 изображено устройство для глубокой биологической очистки сточных вод, вид в плане. На фиг.2 - разрез по I-I на фиг.1. На фиг.3 - предлагаемое устройство, вид сверху. На фиг.4 (а-г) - различные варианты выполнения устройства.
Устройство для глубокой биологической очистки сточных вод включает резервуар 1 с водоподающим лотком 2 и водоотводящим лотком 3. Резервуар 1 загружен свободноплавающими саморегенерирующимися насадками 4 для прикрепления микроорганизмов активного ила имеет анаэробную зону 5 и аэробную зону 6. В анаэробной зоне 5 резервуар разделен продольными перегородками 7 на коридоры 8 различной ширины с возможностью циркуляции жидкости по замкнутому каналу (лабиринту). Анаэробная зона 5 снабжена пневматическими или механическими пульсаторами 9. Крайние продольные перегородки 7 соединены поперечной перегородкой 10, образующей П-образный коридор, в котором размещается не менее двух коридоров 8. В просветах между перегородками установлены потоконаправляющие дуговые перегородки 11. Илоотделитель 15 образован наклонной, не доходящей до дна перегородкой 16, снабженной окнами 17 со струенаправляющими козырьками. Аэробная зона 6 находится в коридоре, примыкающем к илоотделителю 15 и снабжена системой аэрацией 12, установленной под перегородкой илоотделителя, средством 13 в виде стояка, уровень воды в котором находится выше уровня воды в резервуаре, для гидравлической защиты фильтросов 14 от засорения.
Данное устройство может служить унифицированным элементом для реконструкции действующих аэротенков для осуществления предлагаемого способа.
На фиг.4 (а-г) схематично показаны варианты выполнения устройства с различным числом коридоров, образующих замкнутый лабиринт. Из чертежей видно, что устройство может иметь и одну перегородку (фиг.4а), разделяющую резервуар на два коридора, образующих замкнутый канал.
Способ осуществляется следующим образом.
Исходные сточные воды по водоподающему лотку 2 подают в резервуар 1 и смешивают с иловой смесью, в которой концентрация активного ила по сухому веществу составляет не менее 2,5 г/л, и свободно плавающими саморегенерирующимися насадками 4 для прикрепления к их поверхности микроорганизмов активного ила и приводят смесь в циркуляционное движение по замкнутому лабиринту со скоростью не менее 0.15 м/с под воздействием пневматического или механического пульсатора 9, установленного в анаэробной зоне 5. В аэробной зоне 6, которая занимает от 1/2 до 3/4 объема резервуара, разделяют иловую смесь на два потока, один из которых возвращают на смешение с исходными сточными водами в анаэробную зону 5, а другой направляют в илоотделитель 15, где производят предварительное осветление с получением уплотненного активного ила со свободноплавающими насадками и смеси избыточного ила и биологически очищенных сточных вод, которые после окончательного осветления выводят через водоотводящий лоток 3. Уплотненный активный ил со свободноплавающими саморегенерирующимися насадками 4 через окна 17 со струенаправляющими козырьками под воздействием восходящего водовоздушного потока на границе, не доходящей до дна перегородки 16, возвращают в аэробную зону 6 и смешивают с циркуляционным потоком для продолжения движения.
Установленные в начале и в конце коридоров 8 направляющие перегородки, которые имеют дугообразную форму, снижают потери напора потока и обеспечивают его плавный поворот.
При прекращении подачи воздуха в систему аэрации 12 ее изнутри заполняет чистая вода, находящаяся в стояке устройства для гидравлической защиты 13, тем самым, предотвращая проникновение иловой смеси через фильтросы 14.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения под аэробную зону выделено от 2/3 до 3/4 объема резервуара.
Концентрация растворенного кислорода в анаэробной зоне составляет не выше 0,4 мг/л, а аэробной зоне изменяется от 0,5 мг/л на границе с аэробной зоной до 4,2 мг/л в середине и до 5 мг/л в конце.
Свободно плавающие насадки являются саморегенерирующимися и представляют собой частицы из полимера, предохраняющие биопленку от истирания.
Преимущество предлагаемого изобретения состоит в том, что оно позволяет в одной технологической емкости многократно осуществлять смену окружающей среды прикрепленных и свободно плавающих микроорганизмов с периодом пребывания в этих средах любое технологически необходимое время (от нескольких минут до нескольких часов) в зависимости от качества и количества загрязнений. Поочередное пребывание очищаемых вод в аэробной и анаэробной зонах, использование свободноплавающих насадок для прикрепления к их поверхности микроорганизмов активного ила позволяет исключить условия для повышения концентрации продуктов метаболизма, кроме того, разделение и возврат взвешенного активного ила и свободноплавающих насадок обеспечивает получение концентрации активного ила в аэрируемой жидкости более 12 г/л и увеличение его возраста более 18 суток.
Благодаря предложенному изобретению в резервуаре формируются зоны, в которых преобладает разнородная по содержанию растворенного кислорода среда.
При этом в аэробной стадии в основном происходит нитрификация с использованием растворенного кислорода и химически связанного в форме нитрата, образующегося после нитрификации аммониевых соединений.
В анаэробной стадии, обедненной кислородом среде, сформированной вдали от зоны аэрации преимущественно происходит денитрификация с использованием химически связанного кислорода и биологическое удаление фосфора.
Предлагаемое изобретение позволяет данный процесс осуществлять в одной технологической емкости совместно с процессами удаления органических загрязнений. При этом также отпадает необходимость возврата в цикл биологически очищенной сточной воды, количество которой в большинстве случаев многократно превышает количество сточных вод, обрабатываемых в классической схеме.
По сравнению с известными предлагаемое изобретение отличается стабильностью протекания процессов с особой простотой и меньшими затратами.
Среда с требующимися для протекания отдельных процессов разнородными условиями создается, согласно изобретению, одновременно в одной технологической емкости путем циркуляции содержимого со скоростью не менее 0,15 м/с в анаэробной стадии.
Пример. Исходную сточную воду с составом загрязнений: химическое потребление кислорода (ХПК) 570 мг/л, биологическое потребление кислорода (БПК5) - 200 мг/л, NH4 - 31 мг/л, РО4 - 15,3 мг/л, NO2 - 0,02 мг/л, NO3 - 1,53 мг/л подвергают обработке в условиях известного и предложенного способа при времени аэрации 7 часов.
В таблице приведены сравнительные результаты известного и предлагаемого способов.
| Таблица | ||
| Показатель | Известный способ | Предложенный способ |
| ХПК, мг/л | 45 | 31 |
| БПК5, мг/л | 6 | 3 |
| NH4, мг/л | 3 | 5.3 |
| NO2, мг/л | 0.014 | 0.017 |
| NO3, мг/л | 5.1 | 4.3 |
| Расход электроэнергии на единицу снятых органических загрязнений, кВт-ч | 3.5 | 1.2 |
Как видно из таблицы, показатель расхода электроэнергии на единицу снятых органических загрязнений по предлагаемому способу более чем в 2 раза ниже того же показателя известного способа.
1. Способ биологической очистки сточных вод, при котором сточные воды подают в биореактор вместе со смесью взвешенного активного ила и свободно плавающих насадок для прикрепления к их поверхности микроорганизмов активного ила, разделяют иловую смесь в аэробной зоне на два потока, один из которых возвращают на смешение с исходными сточными водами, а другой направляют в илоотделитель на предварительное осветление с получением уплотненного активного ила, возвращаемого в аэробную зону, и смеси избыточного ила и биологически очищенных сточных вод, которые после окончательного осветления выводят через водоотводящий лоток, отличающийся тем, что осуществляют регулируемый ввод воздуха в биореактор с получением анаэробной и аэробной зон с разнородной по концентрации растворенного кислорода средой, при этом в анаэробной зоне до разделения потока сточные воды приводят в циркуляционное движение потока по замкнутому каналу путем механического или пневматического воздействия на него, а после разделения первый поток возвращают в анаэробную зону.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляционное движение потока осуществляют со скоростью не менее 0,15 м/с, а после разделения второй поток имеет восходящую скорость не более 2,6 мм/с.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют взвешенный активный ил с концентрацией сухого вещества не менее 2,5 г/л.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в анаэробной зоне поддерживают не выше 0,4 мг/л.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация растворенного кислорода в аэробной зоне поддерживают до 0,5 мг/л - на границе с анаэробной стадией, до 4,2 мг/л - в середине и до 5 мг/л - в конце.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют свободно плавающие насадки, являющиеся саморегенерирующимися, выполненные из полимера и имеющие пустоты, предохраняющие биопленку от истирания.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемов аэробной и анаэробной зон биореактора выбирают в зависимости от концентрации загрязнения сточных вод, при этом преимущественно объем аэробной зоны составляет 2/3 до 3/4 объема.
8. Устройство для биологической очистки сточных вод, содержащее резервуар с водоподающим и водоотводящим лотками, загруженный свободно плавающими насадками, разделенный, по меньшей мере, одной перегородкой на коридоры с образованием аэробной зоны с системой аэрации, илоотделитель, снабженный не доходящей до дна резервуара перегородкой с окнами и струенаправляющими козырьками, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна указанная перегородка расположена таким образом, что коридоры образуют замкнутый канал, часть которого, примыкающая к илоотделителю, образует аэробную зону, а остальная часть образует анаэробную зону, а устройство снабжено средством для механического или пневматического воздействия на проходящий поток очищаемых сточных вод со смесью взвешенного активного ила и свободноплавающих насадок для обеспечения их циркуляции по замкнутому каналу.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в конце коридоров замкнутого канала установлены направляющие перегородки, имеющие дугообразную форму.
10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что аэробная зона занимает от 1/2 до 3/4 объема резервуара, предпочтительно от 2/3 до 3/4 объема.
11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что система аэрации установлена под перегородкой илоотделителя.
12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что снабжено средством для гидравлической защиты, выполненным в виде стояка, уровень воды в котором находится выше уровня воды в резервуаре.
13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средство для механического или пневматического воздействия на проходящий поток установлено в анаэробной зоне.
