СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1997 года по МПК C02F3/02 

Изобретение относится к области биохимической очистки сточных вод, как всех известных отраслей промышленности, так и хозяйственно-бытовых или их смесей, от различных классов органических соединений методом биохимической деградации органических загрязнений и может быть реализовано на всех предприятиях или в городских хозяйствах, где имеются станции аэрации, использующие способ биохимической очистки сточных вод.

Известен способ биохимической очистки смеси хозбытовых сточных вод химического завода с концентрированным промстоком, в котором часть активного ила из регенератора (5-100% от общего объема) смешивали с водным раствором малеиновой или янтарной кислоты с таким расчетом, чтобы концентрация органической кислоты в смеси составляла 0,01-1,00 ммоля или от 1,16-1,18 до 116-118 мг/л иловой смеси. Далее смесь выдерживали при аэрации 0,5-8,0 ч и смешивали со сточной водой, в результате такой обработки активного ила удалось получить снижение ХПК сточной воды за 12 ч аэрации с 1600 до 70-95 мг O₂/л по сравнению со способом-прототипом, где снижение ХПК происходило до 100 мг O₂/л за тот же промежуток времени (улучшение в 1,43-1,05). Причем, использование малеиновой или янтарной кислот позволяло достигать 94%-ной степени очистки сточной воды с сокращением времени аэрации [1]
Существенным недостатком данного способа является необходимость специальной обработки части или всего объема активного ила дефицитными и дорогими реактивами (малеиновой и янтарной кислотами) в больших количествах (до 116-118 мг/л) в течение длительного (до 8 ч) промежутка времени. К тому же это требует дополнительной емкости, снабженной системой аэрации, что приводит к значительному увеличению капитальных вложений и к удорожанию очистки промышленной сточной воды. Кроме того, применение данного способа очистки ограничено узким температурным интервалом (18-20^oC) и, вследствие этого, ограничено использование его на промышленных очистных сооружениях, где температурный режим изменяется в зависимости от времени года в более широком интервале.

Известен способ биохимической очистки сточных вод производства кротоновой кислоты от органических соединений с применением в качестве регулирующей добавки сточных вод производства мономеров на основе бензимидазолов. Однако, сточные воды производства мономеров на основе бензимидазолов не является биостимулятором, а только в данном случае подавляется развитие в активном иле нитчатых форм микроорганизмов. Кроме того, применение сточных вод производства мономеров на основе бензимидазолов, в качестве регулирующей добавки, ограничено использованием их только для очистки сточных вод от одного производства производства кротоновой кислоты. [2]
Наиболее близким по технической сущности является способ биохимической очистки сточных вод от органических веществ и гидроксидов тяжелых металлов с использованием стимулятора биоокисления фталоилжелатины (ФЖ) молекулярной массы 10⁵ ед. предпочтительно, в количестве 0,0001-0,0005 мас. которая представляет собой растворимый в воде желтый порошок продукт взаимодействия желатина с фталевым ангидридом с различной степенью замещения аминных групп в молекулах белка.

ФЖ в виде 1%-ного водного раствора добавляют в сточную воду, доводя ее концентрацию от 0,001 до 0,003% (1,0-30,0 мг/л). Обработанная таким образом сточная вода в дальнейшем поступает в модельный аэротенк, содержащий промышленную культуру активного ила. Время аэрации 24 ч. Использование ФЖ в концентрации 0,0002% (2,0 мг/л) позволило снизить ХПК сточной воды с 580,7 мг O₂/л до 103,7 мг O₂/л (степень очистки 82,1%), в то время, как в контроле снижение ХПК достигло 126,7 мг O₂/л (степень очистки 78,2%). Таким образом, использование ФЖ в качестве биостимулятора позволило снизить содержание органических веществ-загрязнителей в очищенной жидкости на 3,9% [3]
Главным недостатком этого способа является то, что использование ФЖ в качестве биостимулятора не позволяет существенно повысить степень очистки сточных вод. Снижение органических веществ загрязнителей в очищенной жидкости по сравнению с контролем при длительном периоде аэрации (24 ч) составляет всего лишь 3,9% т.е. в природные водоемы вместе с очищенной жидкостью сбрасывается 17,9% вредных загрязнений. Кроме того, такое незначительное повышение степени очистки сточной воды достигается за счет введения ФЖ в довольно высоких концентрациях для биостимулятора (1,0-30,0 мг/л) и не может быть использовано для восстановления жизнедеятельности микроорганизмов активного ила в экстремальных ситуациях на станциях биохимической очистки промышленных сточных вод (резкое увеличение нагрузки на единицу активного ила при залповых сбросах, появление новых токсичных веществ, временный недостаток кислорода и т.д.). Помимо этого, исходные реагенты, применяемые для получения ФЖ, являются ценными пищевыми продуктами с ограниченной сырьевой базой для их получения. Задачей предлагаемого изобретения является создание способа биохимической очистки сточных вод, позволяющего создать эффективное восстановление активности ила после пребывания его в экстремальных условиях с одновременным повышением степени очистки сточных вод от различных органических загрязнений при постоянной концентрации активного ила или сокращении времени аэрации, т.е. ускорение процесса биологической деградации органических загрязнений (при прежней степени очистки).

Для решения поставленной задачи предлагается способ биохимической очистки сточных вод от органических примесей путем введения в активный ил водного раствора 1,3-бис[диметил(t-бутиламино)силил]-2,2,4,4-тетраметилциклодисилазана (D-ТБА) биостимулятора в количестве, обеспечивающем концентрацию последнего 0,015-0,050 мг/л в очистных сооружениях.

D-ТБА вводят либо в активный ил, поступающий в аэротенк из регенератора, либо непосредственно в иловодяную смесь в аэротенке. В результате этого происходит ускорение процессе жизнедеятельности микроорганизмов активного ила.

D-ТБА в концентрации 0,015-0,050 мг/л эффективно восстанавливает жизнедеятельность микроорганизмов активного ила, находящегося в экстремальных условиях (резкое увеличение нагрузки на единицу активного ила, поступление токсикантов, ухудшение аэрации и т.п.), и повышает степень очистки в 1,7-2,1 раза по сравнению со степенью очистки в экстремальных условиях работы аэротенков. Кроме того, введение D-ТБА позволяет не только восстановить качество очистки до первоначального значения (до нарушения режима технологического процесса), но и повысить его в 1,2 раза. Причем, микроскопический анализ активного ила каждый раз показывал, что введение биостимулятора способствует увеличению разнообразия простейших микроорганизмов в активном иле и свидетельствует об устойчивой, хорошей работе очистных сооружений, а в случае угнетенного активного ила введение D-ТБА способствует быстрейшему восстановлению микробиологического состава активного ила при одновременном восстановлении его рабочих функций.

Кроме того, применение D-ТБА в концентрации 0,015-0,050 мг/л приводит также к сокращению периода аэрации в 1,4-1,7 раза при сохранении эффективности очистки.

Биостимулятор (D-ТБА) является ксенобиотиком.

Пример 1. Для иллюстрации восстанавливающей и стимулирующей способности биостимулятора эффект от его воздействия определяют после подавления активности активного ила известным токсикантом сульфатом меди.

В два аэротенка (контрольный и рабочий) в течение 5 сут подают модельную сточную воду (МСВ) с ХПК 900 мг O₂/л; ВПК_полн. 640 мг O₂/л следующего состава, мг/л: ацетон 95, бутиловый спирт 65, этиловый спирт 101, метилэтилкетон 51, этилацетат 50, резорцин 50. Период аэрации в обоих аэротенках составляет 12 ч, концентрация активного ила 1,5 г/л (избыточный активный ил ежедневно выводится из системы). Степень очистки на 5-е сут в обоих аэротенках 74,8% Начиная с 6-х суток, в оба аэротэнка вместе с МСВ подают раствор токсиканта сульфата меди с таким расчетом, чтобы концентрация ее в аэротенке составила 2 мг/л. Подача токсиканта в оба аэротенка продолжается в течении 5 сут. По истечении пяти суток степень очистки по ХПК в обоих аэротенках составляет 38,4% На 11-е сут подачу токсиканта в аэротенки прекращают. После этого в течение 15 сут в рабочий аэротенк кроме МСВ подают водный раствор DТБА и создают концентрацию его в аэротенке 0,030 мг/л, в контрольный аэротенк подают только МСВ. Весь опыт проводят в течение 30 сут. Окончание эксперимента определяют по установлению постоянных значений ХПК очищенной жидкости в рабочем аэротенке. Кроме того, ежедневно определяют концентрацию активного ила в обоих аэротенках. На основании полученных данных по ХПК рассчитывалась степень очистки МСВ в контрольном и рабочем аэротенках. Результаты опыта представлены в табл. 1.

Как видно из данных табл. 1, после прекращения подачи токсиканта (сульфата меди) восстановление первоначальной степени очистки МСВ до 75,2% в рабочем аэротенке происходило на 5-е сут после начала подачи биостимулятора в него. В контрольном же аэротенке первоначальная степень очистки МСВ не достигается после прекращения воздействия токсиканта (сульфата меди) даже на 20-е сут и составляет лишь 44,5% В рабочем аэротенке через 15 дней от начала подачи биостимулятора степень очистки достигает 89,1% и остается на этом уровне до конца опыта.

Таким образом, введение в рабочий аэротенк D-ТБА в концентрации 0,030 мг/л позволяет быстро восстановить работоспособность активного ила (3-5 сут) и повысить степень очистки в 2 раза по сравнению с контрольным аэротенком (в 1,2 раза по сравнению с первоначальной степенью очистки). Кроме того, в рабочем аэротенке наблюдается снижение прироста активного ила по сравнению с контрольным.

Пример 2. Аналогично примеру 1 в два аэротенка (контрольный и рабочий) в течение 5 сут подают модельную сточную воду (МСВ) с ХПК 900 мг 0₂/л, БПК_полн. 640 мг O₂/л следующего состава, мг/л: ацетон 95, бутиловый спирт 65, этиловый спирт 101, метилэтилкетон 51, этилацетат 50, резорцин 50. Период аэрации в обоих аэротенках составляет 12 часов, концентрация активного ила 1,5 г/л (избыточный активный ил ежедневно выводится из системы). Степень очистки на 5-е сут в обоих аэротенках составляет 74,8% Начиная с 6-х сут в контрольный и в рабочий аэротенки вместе с МСВ подают раствор токсиканта (сульфата меди) с таким расчетом, чтобы концентрация его аэротенках составила по 2 мг/л в каждом. Подача токсиканта в оба аэротенка продолжается в течение 5 сут. По истечении пяти сут степень очистки по ХПК в обоих аэротенках составляет 38,4% На 11-ые сут подачу токсиканта в аэротенки прекращают, и в контрольный аэротенк продолжают подавать только одну МСВ. В рабочий аэротенк подают активный ил, предварительно обработанный водным раствором D-ТБА с таким расчетом, чтобы концентрация D-ТБА в иловодяной смеси в аэротенке составляла 0,030 мг/л
Результаты эксперимента идентичны результатам примера 1, представленным в табл. 1.

Пример 3. Аналогично примеру 1 в 6 аэротенков (1-контрольный 2-6 рабочие) подают последовательно:
1-ый аэротенк МСВ, МСВ с раствором сульфата меди (2 мг/л в аэротенке); МСВ (контроль 1);
2-6-ый аэротенки МСВ; МСВ с раствором сульфата меди 2 мг/л в аэротенке); МСВ с раствором D -ТБА, причем концентрация его в каждом аэротенке постоянна и составляет соответственно, мг/л: 2-ой аэротенк 0,01; 3-ий - 0,025; 4-ый 0,03; 5-ый 0,05; 6-ой 0,06.

Ежедневно во всех аэротенках определяют ХПК очищенной жидкости и концентрацию активного ила. На основании полученных данных по ХПК рассчитывают степень очистки МСВ. Результаты опытов представлены в табл. 2.

Из таблицы 2 видно, что введение D-ТБА в концентрации 0,015- 0,06 мг/л в аэротенки позволяет восстановить работоспособность активного ила, подвергнутого воздействию токсиканта (сульфата меди) и достичь первоначальной степени очистки (76%) за 2-3 сут, а в дальнейшим повысить ее в 1,7-2,1 раза по сравнению с контрольным аэротенком.

Пример 4. Шесть аэротенков (1 контрольный и 5 рабочих) предварительно вывели на одинаковый технологический режим работы:
ХПК_{ис ход нойсто чнойво ды} - 900 мг O₂/л
БПК_{20 (ис ход нойсто чнойво ды)} 640 мг O₂/л
Время аэрации 18 ч;
ХПК_{очи щен нойжид кости} 50-60 мг O₂/л
БПК_{20 (очи щен нойжид кос ти} - 20-25 мг O₂/л
После этого в первый аэротенк (контроль) подают только МСВ, а в пять рабочих МСВ + DТБА в различной концентрации, мг/л: 0,01, 0,015; 0,03; 0,05; 0,06. Затем в рабочих аэротенках постепенно (на 1 ч) снижают время аэрации до тех пор, пока качество очищенной жидкости остается постоянны (т.е. не наступает ухудшения эффективности очистки). И таким образом определяют минимальное время аэрации для каждой концентрации биостимулятора в аэротенках, при котором не нарушается начальная эффективность очистки. Результаты данных опыта представлены в табл.3.

Из табл. 3 видно что введение 0,015-0,06 мг/л D-ТБА позволяет сократить период аэрации в 1,44-1,71 раз, увеличить удельную скорость окисления органических веществ с 18,9 до 34,1 мг БПК на 1 г ила в ч и окислительную мощность пяти рабочих аэротенков.

Таким образом, на основании данных, приведенных в примерах 1-3, можно сделать вывод, что биостимулятор D-ТБА позволяет улучшить качество очищенной жидкости в 1,70-2,10 раза (при постоянном сохранении времени аэрации) или сократить время аэрации в 1,44-1,71 раза (при прежней степени очистки), тем самым увеличив производительность сооружений биохимической очистки сточных вод без дополнительных капитальных затрат, а также уменьшить расход электроэнергии.

Пример 5. Четыре аэротенка (1 контрольный и 3 рабочих) предварительно вывели на одинаковый технологический режим работы:
ХПК_{исходнойсточнойводы} 900 мг O₂/л
БПК_{20 (исходнойсточнойводы)} 640 мг O₂/л
Время аэрации 12,5 ч;
ХПК_{очищеннойжидкости} 216,5 мг O₂/л
БПК_{20 (очи щеннойжидкости)} 92,8 мг O₂/л
После этого в первый аэротенк (контроль) подают только МСВ, в один рабочий аэротенк МСВ + DТБА в концентрации 0,015 мг/л; в другой рабочий - МСВ + ФЖ в концентрации 0,015 мг/л; в третий рабочий аэротенк МСВ + ФЖ в концентрации 0,0002% (2,0 мг/л). Данные экспериментов представлены в табл.4.

Как видно из табл.4 использование биостимулятора D-ТБА по сравнению со способом-прототипом (биостимулятор ФЖ) позволяет более эффективно очистить сточные воды с более высоким содержанием органических веществ-загрязнителей (ХПК 900 мг O₂/л против ХПК 580,7 мг O₂/л (по способу-прототипу). При этом степень очистки по ХПК с D-ТБА на 17,7% выше по сравнению с контролем; на 17,2% выше по сравнению со способом-прототипом в аналогичных условиях при одинаковой концентрации биостимуляторов. Повышение концентрации ФЖ до 2 мг/л увеличивает степень очистки только на 1,1% по сравнению с контролем.

Изобретение относится к области биохимической очистки сточных вод, как всех известных отраслей промышленности, так и хозяйственно-бытовых или их смесей от различных классов органических соединений методом биохимической деградации органических загрязнений и может быть реализовано на всех предприятиях или в городских хозяйствах, где имеются станции аэрации, использующие способ биохимической очистки сточных вод. Предлагается способ биохимической очистки сточных вод от органических примесей при использовании водного раствора 1,3-бис[диметил(t-бутиламино)силил] -2,2,4,4-тетраметилциклодисилазана в количестве, обеспечивающем концентрацию 0,015-0,050 мг/л в очистных сооружениях. Указанный способ позволяет улучшить качество очищаемой жидкости в 1,7-2,1 раза (при сохранении постоянного времени аэрации) или сократить время аэрации в 1,44-1,71 раза (при прежней степени очистки). 4 табл.

Способ биохимической очистки сточных вод в аэротенке активным илом при использовании органического реагента, отличающийся тем, что в качестве последнего используют раствор 1,3-бис[диметил (t-бутиламино)силил]-2,2,4,4 тетраметилциклодисилазана в количестве, обеспечивающем его концентрацию в очистных сооружениях 0,015 0,050 мг/л.