СПОСОБ ФИЗИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C02F1/24 C02F3/12 

Изобретение относятся к очистке стоков городского типа, сельскохозяйственных комплексов, сточных вод, содержащих органические загрязнение, в том числе жиры, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества.

Известен способ биохимической очистки сточных вод, включающий отстаивание стоков, первую аэрацию стоков и биохимическое окисление в аэротенке, отделение избыточного активного ила и его регенерацию, вторую аэрацию стоков, возврат регенерированного ила в начало технологической цепочки и смешивания его с неочищенными стоками и рабочим активным илом в аэротенке при дозе активного ила в аэротенке в пределах 1-6 г/л. (1).

Такой способ характеризуется необходимостью использовать элементы очистных сооружений больших объемов (суммарный объем в пределах 25000-40000 м³) при количестве стоков порядка 100000 м³/сутки, что увеличивает соответственно производственные площади и, следовательно, повышает капитальные и эксплуатационные затраты. Таким образом, в приведении на единицу рабочего объема очистных сооружений этот способ также характерен низкой эффективностью.

Известна установка очистки сточных вод, включающая соединенные между собой трубопроводами первый отстойник, флотаторы первой и второй ступеней, вертикальный аэротенк закрытого типа, второй отстойник, напорные резервуары с насосами и эжекторами, установленные перед каждым флотатором, а также входной и выходной трубопрводы, причем выходной трубопровод подключен ко второму отстойнику, аэротенк установлен после флотатора второй ступени, а камеры смешения эжекторов сообщаются с главным колпаком аэротенка (2).

Наличие в линии средств биологической очистки повышает ее эффективность, однако для обеспечения высокой эффективности очистки по БПК в такой линии необходим аэротенк большого объема, что приводит к использованию больших производственных площадей и, соответственно, высоким капитальным и эксплуатационным затратам.

Использование биогаза (углекислого газа), образующегося в аэротенке, приводит к усложнению установки за счет дополнительных трубопроводов и средств герметизации аэротенка.

Подача по трубопроводу активного ила из второго отстойника на вход второй ступени флотации не эффективна ввиду практического отсутствия в очищаемой жидкости растворенного кислорода.

Задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является повышение эффективности способа физико-биологической очистки сточных вод и установки его осуществления в расчете на единицу объема очистных сооружений и, таким образом, достижение возможности уменьшения рабочих объемов и производственных площадей очистных сооружений с соответствующим сокращением капитальных и эксплуатационных затрат при обеспечении заданной степени очистки сточных вод.

На фиг. 1 представлено схематичное изображение установки физико-биологической очистки сточных вод.

На фиг. 2 показана зависимость суммарного объема V очистных сооружений от концентрации а₁ рабочего ила в объеме аэротенка для известного способа и от концентрации а₂ илов в объеме отстойника при фиксированной концентрации рабочего ила в аэротенке для заявленного способа.

На фиг. 3 представлена усредненная зависимость суммарного объема V очистных сооружений от дозы А регенерированного ила по отношению к суммарной дозе ила в отстойнике для заявленного способа.

Установка физико-биологической очистки включает отстойник 1, разделенный перегородкой 2 на камеру перемешивания 3 и камеру отстаивания 4 и снабженный входным трубопроводом 5 для подачи исходной сточной воды в камеру перемешивания 3 отстойника 1 и трубопроводом 6 для вывода осадка на дальнейшую переработку, трубопровод 7, соединяющий камеру отстаивания 4 отстойника 1 с первым питающим насосом 8, подающим воду в первый напорный резервуар 9, и с установленным на байпасном трубопроводе первым эжектором 10, а также первый дополнительный эжектор 11, установленный на входе флотатора 12 первой ступени. Камеры смешения эжекторов 10 и 11 сообщаются непосредственно с атмосферой. Первый напорный резервуар 9 снабжен трубопроводом 13 для сброса избытка воздуха.

Флотатор 12 состоит из камеры флотации 14, камеры сепарации 15, шламового кармана 16, сливного устройства 17 с регулируемой переливной перегородкой 18 и включает механизм шламоудаления 19. К шламовому карману 16 флотатора 12 подключен трубопровод /или лоток-20, соединяющий его со шламосборником 21, к которому, в свою очередь, подключен трубопровод 22, соединяющий шламосборник 21 с камерой перемешивания 3 отстойника 1 и имеющий ответвление 23 для вывода шлама на дальнейшую переработку.

Сливное устройство 17 флотатора 12 соединено трубопроводом 24 с аэротенком 25 открытого типа, снабженным бионосителями 26, переливными устройствами 27 и механизмом сбора вспухшего ила 28.

Установка также включает флотатор 29 второй ступени, состоящий из камер 30 флотации и камеры 31 сепарации, шламового кармана 32, сливного устройства 33 с регулируемой сливной перегородкой 34 и снабженный механизмом шламоудаления 35. Аналогично флотатору 12 первой ступени, перед флотатором 29 второй ступени также установлены второй насос 36, второй эжектор 37, второй напорный резервуар 38, снабженный трубопроводом 39, для сброса избыточного воздуха, а также второй дополнительный эжектор 40. Камеры смешения эжекторов 37 и 40 сообщаются непосредственно с атмосферой. К участку напорной линии второго насоса 36 перед вторым напорным резервуаром 38 подключен дополнительный трубопровод 41, соединяющий его с аэротенком 25. К шламовому карману Ю32 флотатора 29 подключен трубопровод (или лоток) 42, соединяющий его с камерой перемешивания 3 отстойника 1. К сливному устройству 33 флотатора 29 подсоединен выходной трубопровод 43.

Установка работает следующим образом.

Сточные воды, содержащие загрязнители, по трубопроводу 5 поступают в камеру перемешивания 3 отстойника 1, где смешиваются с регенерированным илом, поступающим по трубопроводу 42, и с рабочим илом, поступающим по трубопроводу 22. Далее смесь поступает в камеру отстаивания 2 отстойника 1, где происходит осаждение крупных взвесей. Осадок со дна отстойника 1 по трубопроводу 6 направляется на дальнейшую переработку.

Насосом 8 очищаемая вода забирается из камеры отстаивания 4 отстойника 1 и подается в напорный резервуар 9. В байпасной линии насоса 8 установлен эжектор 10, через который осуществляется подсос атмосферного воздуха в поток жидкости. В напоpном резервуаре 9 происходит растворение под давлением атмосферного воздуха в очищаемой жидкости. Избыток воздуха стравливается по трубопроводу 13. Предел насыщения жидкости воздухом контролируется визуально по сбросу из трубопровода 13.

Очищаемая жидкость после напорного резервуара 9 дросселируется в эжекторе 11 и далее подается в камеру флотации 14 флотатора 12 первой ступени. В процессе дросселирования давление в жидкости снижается практически до атмосферного, что сопровождается десорбцией воздуха и интенсивной флотацией в камере 14. Флотошлам отделяется от жидкости в камере сепарации 15 и собирается на поверхности жидкости в камере сепарации 15 и собирается на поверхности жидкости во флотаторе 12. В объеме флотатора 12 за счет насыщения воды кислородом воздуха происходит интенсивный процесс химического окисления растворенных органических веществ, что приводит к снижению показателей ХПК и ВПК даже без участия микроорганизмов.

Осветленная вода через регулируемую переливную перегородку 18 сливного устройства 17 по трубопроводу 24 поступает в аэротенк 25. Регулируемая перегородка 18 позволяет снизить до минимума водонасыщение флотошлама.

В аэротенке 25, снабженном закрепленными или свободно плавающими бионосителями 26, происходит наращивание объема биомассы, что способствует увеличению его эффективности и производительности.

Вода, прошедшая биоочистку в аэротенке 25, с избыточным активным илом поступает в переливное устройство 27, откуда насосом 36 забирается на вторую ступень флотации флотатор 29, работающий аналогично флотатору 12. Из сливного устройства 33 флотатора 29 очищенная вода по трубопроводу 43 выходит из линии очистки.

Трубопровод 41, соединяющий напорную линию насоса 36 с аэротенком 25, позволяет обеспечить рециркуляцию воды с избыточны активным илом на аэротенк 25 и произвести дополнительную аэрацию и перемешивание объема аэротенка 25.

Флотошлам, образующийся во флотаторе 12 первой ступени и состоящий из загрязняющих веществ и активного ила, механизмом шламоудаления 19 сбрасывается в шламовый карман 16 и по трубопроводу (или лотку) 20 поступает в шламосборник 21, откуда по трубопроводу 23 частично выводится на дальнейшую переработку, а частично по трубопроводу 22 направляется в камеру перемешивания 3 отстойника 1.

Флотошлам, образующийся во флотаторе 29 второй ступени и состоящий из регенерированного избыточного активного ила, механизмом шламоудаления 25 сбрасывается в шламовый карман 32, откуда по трубопроводу (или лотку) 42 подается в камеру перемешивания 3 отстойника 1, где происходит перемешивание вновь поступивших сточных вод, активного ила, поступившего из флотатора 12 первой ступени, и регенерированного избыточного активного ила, поступившего из флотатора 29 второй ступени. После перемешивания смесь через камеру отстаивания 4 отстойника 1 вновь подают по трубопроводу 7, таким образом начиная полный цикл очистки.

Через эжекторы 10 и 37 в линию можно вводить также флотореагенты и растворы, подпитывающие микроорганизмы.

Конструктивное выполнение установки физико-биологической очистки сточных вод организует ее функционирование в режиме многоступенчатой биохимической обработки за счет обеспечения технической возможности взаимодействия рабочего активного ила и регенерированного активного ила, поступающих соответственно, после флотации первой ступени и флотации второй ступени, в самом начале рабочего цикла и поддержании их биохимической активности во всех элементах линии, при этом весь процесс идет с использованием кислорода воздуха в качестве рабочего газа.

Способ физико-биологической очистки сточных вод осуществляют следующим образом.

В исходном, незаполненном состоянии установки очистки за счет исключения аэротенка, где уже наработан активный ил, поступившую на очистку сточную воду в отстойнике 1 подвергают операции отстаивания, во время которой из нее под действием силы тяжести выпадают тяжелые взвешенные частицы. Затем в напорном резервуаре 9 стоки проходят первую аэрацию под давлением 0,3-0,5 МПа и насыщаются кислородом воздуха. При выходе из напорного резервуара 9 стоки дросселируют практически до атмосферного давления. После этого проводят флотацию первой ступени, при которой происходит вынос с пузырьками воздуха в слой пены, более тонких загрязняющих взвесей и первое химическое окисление растворенной органики кислородом в жидкости. Флотошлам частично выводят из процесса на дальнейшую переработку, а частично возвращают в отстойник. Осветленные стоки подвергают воздействию микроорганизмов, которые в свободноплавающем и прикрепленном состоянии имеются в аэротенке 25 в виде рабочего активного ила при его концентрации 6-10 г/л. Концентрацию растворенного кислорода в аэротенке поддерживают в пределах 3-8 мг/л. В результате этого происходит интенсивное биохимическое окисление загрязняющих веществ. После биохимического окисление загрязняющих веществ. После биохимического окисления в аэротенке содержание кислорода в очищенных стоках ниже 2-3 мг/л. Поэтому в дальнейшем потоке стоки вторично аэрируют под давлением 0,3-0,5 МПа и насыщают кислородом воздуха, а затем дросселируют до атмосферного давления. Далее очищенные стоки, в которых присутствует избыточный активный ил, подвергают флотации второй ступени, во время которой происходит регенерация избыточного активного ила и его отделение в виде флотошлама от очищенных стоков. Флотошлам с регенерированным активным илом возвращают в начало технологической цепочки, в отстойник. В отстойнике регенерированный активный ил смешивают со свежими стоками и он начинает активно окислять загрязнители, т. е. переходит в состояние рабочего ила. Из отстойника рабочий ил, в смеси со стоками, поступает во флотатор 12 первой ступени, где помимо отделения взвешенных частиц и химического окисления растворенной органики происходит биохимическое окисление загрязняющих веществ и отделение рабочего ила от жидкости. Флотошлам, состоящий из загрязнителей и рабочего активного ила, частично выводят на дальнейшую переработку, а частично подают в отстойник.

Начиная с этого момента процесс физико-биологической очистки сточных вод функционирует в полном объеме.

В отстойнике создается контакт рабочего ила после первой ступени флотации и регенерированного ила после второй ступени флотации. Поскольку электрохимические потенциалы хлопьев регенерированного ила, возвратившегося после флотации второй ступени, и хлопьев рабочего ила, возвратившегося после флотации первой ступени, имеют хотя и незначительные, но разные по полярности электрохимические потенциалы, то в результате этого контакта происходит активизация рабочего ила, которая при суммарной концентрации активного ила в объеме смешивания в пределах 16-40 г/л и дозе регенерированного ила в суммарном содержании активного ила в пределах 10-90% и особенно в пределах 30-40% протекает наиболее интенсивно. Благодаря этому явлению возникает возможность проводить процессы очистки сточных вод при заданной степени очистки в очистных сооружениях меньших объемов с соответствующим снижением производственных площадей и, следовательно, капитальных и эксплуатационных затрат.

Для определения эффективности заявляемого способа был проведен ряд экспериментальных циклов очистки сточных вод городского типа (хозяйственно-бытовых) в сопоставлении с известным способом. Испытания проводились на заявленной установке очистки сточных вод. Сравнение проводилось по суммарному объему очистных сооружений при равной степени очистки. Результаты испытаний сведены в таблицу. В примере 1 представлены данные из известного способа, в примере 2 приведены расчетные данные по известному способу при изменении дозы рабочего ила в аэротенке (а₁) при фиксированных объемах вспомогательных элементов очистных сооружений, в примере 3 расчетные данные по известному способу при увеличении объема илоотделителей для ликвидации выноса ила из очистных сооружений, в примере 4 - расчетные данные по известному способу, полученные при разделении объема аэротенка на четыре последовательных секции с помощью поперечных перегородок. В остальных примерах (5-10) представлены результаты экспериментальных циклов по заявленному способу на заявленной установке очистки сточных вод.

Эксперименты по заявленному способу и расчеты для известного способа осуществлялись при следующих постоянных основных технологических параметрах: исходное значение ВПК₅= 400 мг/л, объем элементов очистных сооружений без объема аэротенка 4000 м³ (для заявленного способа), 9500 м³ (для известного способа без аэротенка и регенератора), температура сточных вод 15^oС, средняя концентрация растворенного кислорода в объеме аэротенка 5 мг/л.

Переменными параметрами являлись:
а₁ доза рабочего ила в объеме аэротенка,
а₂₍ суммарная доза регенерированного и рабочего ила в объеме отстойника;
А доза регенерированного ила в отстойнике по отношению к суммарной дозе илов.

В ходе экспериментов по заявленному способу для обеспечения заданной степени очистки по БПК5, изменялся рабочий объем аэротенка путем установки подвижной перегородки.

На основании полученных расчетных и экспериментальных данных построены графики зависимости суммарного объема очистки сооружений от исследуемых параметров а₂(a₁) и А.

На фиг. 2 кривая 1 иллюстрирует расчетную зависимость для известного способа (ср. пример 2), кривая 2 расчетную зависимость для известного способа с учетом необходимости увеличения объема илоотделителей для ликвидации выносов ила из очистных сооружений (ср. пример 3), кривая 3 расчетную зависимость для известного способа, полученную при условии разделения объема аэротенка на четыре последовательные секции (ср. пример 4) и кривая 4 - экспериментальную зависимость для заявляемого способа, усредненную при значениях а₂ от 16 г/л и выше, по параметру А (примеры 5-7). На графике также показано геометрическое место (Х-6 г/л, У 39500 м³) для известного способа (пример 3).

На фиг. 3 показана экспериментальная зависимость суммарного объема очистных сооружений от параметра А для заявленного способа, усредненная по параметру а₂ в интервале от 16 до 40 г/л (примеры 8-10).

Анализ данных таблицы и графиков показывает, что использование заявленного способа позволяет при равной степени очистки снизить по сравнению с известным способом суммарный объем очистных сооружений в среднем в 1,5-2,7 раза с соответствущим сокращением производственных площадей, а также капитальных и эксплуатационных затрат. При этом превышение суммарной концентрации активного ила в объеме смешивания за пределы 40 г/л приводит к значительному выносу его в очищенные стоки, т.е. к снижению степени очистки, что влечет за собой необходимость увеличения объема осветлителей для ликвидации этого явления.

Использование: в области очистки городских и сельскохозяйственных стоков с целью повышения эффективности очистки на единицу объема очистных сооружений. Сущность изобретения: способ включает отстаивание, 1-ую аэрацию и биохимическое окисление в аэротенке, 2-ю аэрацию, отделение избыточного активного ила, регенерацию избыточного активного ила, смешивание регенерированного активного ила с рабочим активным илом и неочищенными стоками, при этом после отстаивания проводят дополнительную аэрацию, рабочий активный ил смешивание подают путем возврата его из потока после дополнительной аэрации перед 1-ой аэрацией и биохимическим окислением в аэротенке, а суммарную концентрацию активного ила в объеме смешивания выдерживают в пределах 16-40 г/л. Установка включает соединенные между собой трубопроводами отстойник, флотаторы первой и второй ступени, содержащие шламовые карманы и сливные устройства, аэротенк, запорные резервуары с насосами и эжекторами, установленными перед каждым флотатором, а также входной и выходной трубопроводы, при этом отстойник снабжен вертикальной перегородкой, разделяющей его на камеру перемешивания и камеру отстаивания, аэротенк установлен между флотаторами, шламовые карманы флотаторов снабжены трубопроводами, соединяющими их с камерой перемешивания, а камеры смешения эжекторов сообщаются с атмосферой. 2 н. з. и 6 з.п. 3 ил., 1 табл.

1. Способ физико-биологической очистки сточных вод, включающий первую аэрацию сточных вод с активным илом и биохимическое окисление, первое илоотделение из биохимически очищенной воды, регенерацию активного ила и смешивание его с необработанными стоками, вторую аэрацию и второе илоотделение, отличающийся тем, что второе илоотделение проводят до биохимического окисления, возвратный нерегенерированный ил вводят в смесь неочищенных стоков и возвратного регенерированного ила, до второго илоотделения проводят дополнительную аэрацию, а суммарную концентрацию активного ила в объеме смешивания выдерживают в пределах 16 40 г/л. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дозу регенерированного ила в суммарном содержании активного ила выдерживают в пределах 10 90%
3. Установка для физико-биологической очистки сточных вод, включающая соединенные между собой трубопроводами отстойник, флотаторы первой и второй ступеней, содержащие шламовые карманы и сливные устройства, аэротенк, напорные резервуары с насосами и эжекторами, установленные перед каждым флотатором, а также входной и выходной трубопроводы, отличающаяся тем, что отстойник снабжен вертикальной перегородкой, разделяющей его на камеру перемешивания и камеру отстаивания, аэротенк установлен между флотаторами первой и второй ступеней, шламовые карманы флотаторов первой и второй ступеней снабжены трубопроводами, соединяющими их с камерой перемешивания отстойника, а камеры смешения эжекторов сообщены с атмосферой. 4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что аэротенк снабжен бионосителями. 5. Установка по пп. 3 и 4, отличающаяся тем, что выходной трубопровод подсоединен к сливному устройству флотатора второй ступени. 6. Установка по пп. 3 5, отличающаяся тем, что к напорной линии насоса, установленного перед флотатором второй ступени, подключен дополнительный трубопровод, соединяющий ее с аэротенком. 7. Установка по пп. 3-6, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными эжекторами, установленными на трубопроводах непосредственно перед флотаторами первой и второй ступеней. 8. Установка по пп. 3 7, отличающаяся тем, что аэротенк выполнен в виде аэротенка открытого типа.