УСТАНОВКА ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1999 года по МПК C02F3/02 

Изобретение относится к области биохимической очистки высококонцентрированных сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПКп до 10000 мг/л и взвешенных веществ до 5000 мг/л и может быть использовано при очистке производственных сточных вод сахарных, дрожжевых заводов, мясокомбинатов, рыбзаводов, предприятий химико-фармацевтической промышленности, а также в микробном и химическом синтезе.

Наиболее близким по достигаемому эффекту является устройство для биохимической очистки сточных вод (патент России N 1020379, МКИ C 02 F 3/02 опубл. 30.05.83 г.), содержащее комбинированное устройство, состоящее из биофильтра и аэротенка-отстойника с водоструйной аэрацией, камеру смешения, циркуляционный насос и технологические трубопроводы. К недостаткам данного устройства относится ограниченность его применения, т.е. степень очистки по остаточным загрязнениям по БПКп до 15 мг/л и взвешенным веществам до 10 мг/л может быть получена только при содержании органических загрязнений исходной воде по БПКп до 1000 мг/л и взвешенных веществ до 500 мг/л. Кроме того, для получения в очищенной воде окисленных форм азота необходимо значительно увеличить размеры сооружений.

Известно применение в технологических схемах с аэрационными сооружениями биокоагуляторов, предназначенных для изъятия части загрязнений из хозяйственно-бытовых сточных вод (С.В. Яковлев, Я.А. Карелин и др. Канализация. - М.: Стройиздат. 1976. С. 260-262).

Однако масса образующегося в аэротенках избыточного ила способна снизить содержание загрязнений в исходных сточных водах по БПКп только до 20-30% и взвешенным веществам до 40-60%. Задачей предлагаемого устройства является повышение эффективности очистки высококонцентрированных сточных вод, сокращение размеров сооружений и эксплуатационных затрат.

Поставленная задача решается тем, что в установку для биохимической очистки высококонцентрированных сточных вод, содержащую комбинированное устройство с биофильтром и аэротенком-отстойником, камеру смешения, циркуляционный насос и технологические трубопроводы, дополнительно включены биокоагулятор-флотатор первой ступени очистки с водоструйным аэратором его приемной камерой и отражателем пены и трубопроводом отвода осветленной воды, биокоагулятор второй ступени очистки с водоструйным аэратором, его приемной камерой и трубопроводами отвода осветленной воды и осадка, биофильтр с промежуточной емкостью, сборными поддонами, аэрационными колоннами и реакционной емкостью с искусственной загрузкой, ферментатор с системой орошения, биофильтром, аэрационными колоннами, аэротенком-отстойником с искусственной загрузкой и циркуляционным насосом, трубопроводом отвода осветленных стоков, приемным резервуар с двумя насосами для перекачки осветленных стоков; напорный трубопровод циркуляционного насоса комбинированного устройства сообщен с промежуточной емкостью биофильтра и приемными камерами водоструйных аэраторов первой и второй ступеней очистки, напорный трубопровод первого насоса перекачки осветленных стоков соединен с приемной камерой аэратора первой ступени очистки, а напорный трубопровод второго насоса перекачки осветленных стоков - с промежуточной емкостью биофильтра, трубопровод отвода осветленных стоков от второй ступени очистки подключен к приемному резервуару, трубопровод отвода осадка от второй ступени очистки соединен с всасывающим трубопроводом насоса ферментатора, а напорный трубопровод этого насоса соединен с системой орошения ферментатора и приемными камерами аэраторов первой и второй ступени очистки и трубопровод отвода осветленной воды от ферментатора присоединен к приемному резервуару, а трубопровод отвода воды от комбинированного устройства подсоединен к биореактору доочистки стоков, снабженному камерой аэрации, искусственной загрузкой, перфорированными трубами, соединенными отводящими трубопроводами с циркуляционным насосом, напорный трубопровод которого подключен к приемной камере водоструйного аэратора.

Биокоагулятор-флотатор выполнен из трех камер - камеры флотации, камеры отстаивания и камеры накопления осадка, при этом камера флотации снабжена лотком для сбора всплывающих веществ с отводным трубопроводом, аэраторами тонкого диспергирования воздуха и отделена от камеры осадка уголками, полки которых установлены под углами наклона к горизонту 45-60^o.

В установке аэротенк ферментатора и реакционная емкость биофильтра снабжены искусственной загрузкой, состоящей из листов с равными диаметрами отверстий и равными расстояниями между щетинками, а отстойник комбинированного устройства и биореактор для доочистки стоков снабжены загрузкой, в которой диаметр отверстий и расстояния между щетинками уменьшаются от низа к верху листов.

Для исключения возможности заражения людей патогенными микроорганизмами все пространства над аэрируемыми элементами установки закрыты герметично и к ним для отвода воздуха подсоединены воздуховоды, которые в свою очередь подключены к обеззараживающей установке с бактерицидными лампами.

На чертеже изображена схема установки для биохимической очистки высококонцентрированных сточных вод.

Установка включает трубопровод исходных стоков 1, подключенный к приемной камере водоструйного аэратора 2, установленного в биокоагуляторе-флотаторе 3, который разделен перегородкой на камеру флотации 4 и камеру отстаивания 5. В свою очередь камера 4 отделена от осадочной камеры 6 уголками 7. Биокоагулятор-флотатор снабжен также отражателем пены 8, закрепленным на трубе аэратора 2, и лотком для сбора всплывающих веществ 9 с отводящим трубопроводом.

В нижней части камеры флотации установлены аэраторы тонкого диспергирования воздуха 10, которые состоят из резиновых трубок с наколками (до 100 наколов на 1 см²), надетых на перфорированные трубы из нержавеющей стали. Аэраторы подсоединены к компрессору 11. Лоток для сбора осветленных вод из камеры 5 соединен отводящим трубопроводом 12 с приемной камерой водоструйного аэратора 13, установленного в биокоагуляторе 14, который разделен перегородкой на камеру флокуляции и камеру отстаивания. Трубопровод отвода осадка 15 подсоединен к всасывающему трубопроводу 16 ферментатора 17, в состав которого входит: система орошения 18; биофильтр 19 с сборным поддоном 20 и подсоединенными к нему аэрационным колоннам 21; аэротенк 22 снабженный искусственной загрузкой 23 из плоских листов с отверстиями и щетинками; отстойник 24 и циркуляционный насос 25. Напорный трубопровод 26 соединен трубоводом 27 с системой орошения 18 ферментатора 17, трубопроводом 28 с приемной камерой 2 биокоагулятора-флотатора 3 и трубопроводом 28 с приемной камерой 13 биокоагулятора 14.

Сборные лотки отстойников ферментатора 17 и биокоагулятора 14 подсоединены отводящими трубопроводами 30 и 31 к приемному резервуару 32 насосной станции 33, в которой установлены насосы 34 и 35. При этом напорный трубопровод 36 насоса 34 подключен к приемной камере 2 биокоагулятора-флотатора 3, а напорный трубопровод 37 насоса 35 подключен к промежуточной емкости 38, которая соединена с системой орошения биофильтра 39. В состав биофильтра входит загрузка 19, сборные поддоны 20 с аэрационными колоннами 21 и реакционная емкость 40 с искусственной загрузкой 23.

Трубопровод отвода смеси сточных вод и ила 41 из биореактора 39 соединен с камерой смешения 42, куда подключен также самотечный трубопровод 43 комбинированного устройства 44, в состав которого входит: система орошения, биофильтр, аэрационные колонны, аэротенк и отстойник, внутри которого установлена искусственная загрузка 45 состоящая из плоских листов с щетинками и отверстиями. Причем в данном устройстве расстояния между щетинками и диаметры отверстий уменьшаются от низа к верху.

К камере смешения подсоединен циркуляционный насос 46 с напорным трубопроводом 47, который подключен одновременно к системам орошения комбинированного устройства 44, биофильтра 39 и к приемным камерам биокоагулятора-флотатора 3 и биокоагулятора 14.

Лоток для сбора отстоенной воды устройства 44 подсоединен трубопроводом 46 к аэрируемой камере 47 биореактора глубокой доочистки воды 48, в котором установлена искусственная загрузка 45 и заборные перфорированные трубы 49, 50. Трубы подсоединены через отводящие трубопроводы с соленоидными клапанами к всасывающему трубопроводу циркуляционного насоса 51, напорный трубопровод 52 которого подключен к приемной камере водоструйного аэратора 53. В биореакторе 48 установлен сборный лоток с отводящим трубопроводом.

Все пространства над аэрируемыми элементами биокоагуляторов, ферментатора, биореакторов, комбинированного устройства закрыты герметично щитами. Для отвода воздуха к ним подсоединены воздуховоды 54, которые в свою очередь подсоединены к бактерицидной установке 55.

Установка для биохимической очистки высококонцентрированных стоков работает следующим образом.

Сточные воды после предварительной механической обработки направляются по трубопроводу 1 в приемную камеру водоструйного аэратора 2 биокоагулятора-флотатора 3. Туда же циркуляционным насосом 46 по напорному трубопроводу 47 подается избыточный ил из системы биофильтр 39 - комбинированное устройство 44 и по напорному трубопроводу 28 выводимая биомасса от ферментатора 17.

Во время прекращения поступления исходных стоков в камеру 2 по трубопроводу 36 производится подача осветленных стоков из приемного резервуара 32 насосной станции 33.

Насос 34 включается автоматически. Это позволяет вытеснять органические загрязнения из биокоагулятора-флотатора на дальнейшую обработку.

В приемной камере аэратора сточная вода смешивается с илом и сливается в аэрационную колонну, вовлекая за собой воздух. Поступление в камеру флотации 4 водовоздушной массы и подача через аэраторы тонкого диспергирования 10 воздуха от компрессора 11 обеспечивают перемешивание жидкости, частиц ила и примесей. При этом за счет процессов сорбции, флокуляции и коагуляции образуются крупные скопления, выпадающие в виде хлопьев в осадок.

Всплывающие пузырьки воздуха поднимают на поверхность легкие частицы загрязнений, жиры и эмульгированные вещества. С помощью отражателя 8 установленного в центральной части биокоагулятора-флотатора пена отбрасывается в сторону сборного лотка 9 и переваливается через кромку. В лотке происходит гашение пены и жидкость сбрасывается через отводящий трубопровод.

На первой стадии очистки под действием гравитационных сил и биокоагуляции осаждается основная масса грудодисперсных примесей и часть загрязнений, находящихся во взвешенном, растворенном и коллоидном состоянии. Осадок проваливается через уголки 7 в осадочную камеру 6 и периодически удаляется. Уголки препятствуют всплытию осадка в зону флотации.

Использование избыточного ила из системы биофильтра 39 - комбинированное устройство 44 и от ферментатора 17 может обеспечить эффект снижения загрязнений по взвешенным веществам до 40-60%, а по БПК до 20-30%.

Из камеры флотации 4 сточная вода направляется в отстойник 5 биокоагулятора-флотатора 3, в котором при прохождении жидкости через слой взвешенного осадка задерживаются мелкодисперсные взвешенные частицы. Осветленная вода переливается в сборный лоток и направляется по трубопроводу 12 в приемную камеру водоструйного аэратора 13 биокоагулятора 14.

В период пуско-наладочных работ, при значительных повышениях органических нагрузок и в аварийных ситуациях, для ускоренного наращивания активной биомассы в системе биокоагулятор 14 - ферментатор 17, производится подача в приемную камеру 13 ила из системы биофильтр 39 - комбинированное устройство 44. Подача осуществляется через трубу, подключенную к напорному трубопроводу 47. Причем подача может производиться и в период работы установки. В приемную камеру поступает также по трубопроводам 26 и 29 культивируемая биомасса (ил) от ферментатора 17.

В биокоагуляторе 14 производится изъятие активным илом основной массы растворенных и коллоидных веществ. Оседающий осадок с субстратом направляется по трубопроводу 15 во всасывающий трубопровод циркуляционного насоса 25, где происходит его смешение с циркулирующей биомассой. Далее основная масса смеси по напорным трубопроводам 26 и 27 направляется в систему орошения 18 ферментатора 17; часть ила подается по трубопроводу 29 в приемную камеру 13 биокоагулятора 14, а выводимая из ферментатора 17 избыточная биомасса направляется по трубопроводу 28 в приемную камеру 2 биокоагулятора-флотатора 3.

Механизм изъятия субстрата и культивирования активной биомассы на второй стадии очистки заключается в следующем. В биокоагуляторе 14 происходит более быстрое изъятие загрязнений илом из воды по сравнению с их окислением. При поступлении осадка с субстратом в ферментатор 17, часть накопленного органического вещества окисляется находящейся там микрофлорой. Процесс окисления загрязнений осуществляется за счет многократной циркуляции смеси сточных вод и ила через загрузку 19, сорный поддон 20, аэрационные колонны 21 и аэротенк 22. В ферментаторе создаются условия для регенерации ила, прошедшего через биокоагулятор и непрерывного культивирования новой биомассы. Повышению концентрации активной микрофлоры в 22 способствует искусственная загрузка 23.

Система биокоагулятор-ферментатор эффективно работает при относительно высоких нагрузках на ил, в пределах 0,6-0,8 кг БПКп на 1 кг сухого вещества ила в сутки, а клеточный синтез дает выход ила примерно до 0,6 кг сухого вещества с 1 кг удаленной БПКп. Это позволяет проводить обработку стоков в биокоагуляторе повышенными дозами ила до 4-6 г по сухому веществу на 1 литр исходных сточных вод.

Оптимальный эффект снижения загрязнений на данном этапе очистки составляет: по БПКп до 50-60%, по взвешенным веществам до 30-50%.

Для увеличения концентрации биомассы в ферментаторе, предусматривается сброс отстоенной воды по трубопроводу 30 в приемный резервуар 32 насосной станции 33. Туда же по трубопроводу 31 поступает отстоенная вода из биокоагулятора 14. Далее сточные воды перекачиваются насосом 35 по напорному трубопроводу 37 в промежуточную емкость 38 биофильтра 39. Включение насоса 35 производится автоматически при достижении уровня воды в резервуаре до отметки max и выключение при снижении уровня воды до отметки min.

В промежуточную емкость 38 подается так же иловая смесь из камеры смешения 42. Перекачка смеси осуществляется насосом 46 по отводящей трубе, подсоединенной к трубопроводу 47. По этому же трубопроводу перекачивается иловая смесь в систему орошения 18 комбинированного устройства 44.

В системах орошения жидкость распределяется по лоткам и через сливные патрубки падает на отражатели и затем на загрузку биофильтров. Загрузки 19 в биофильтре 39 и комбинированном устройстве 44 предназначены для окисления основной массы поступивших загрязнений. Окисление остальной части и нитрификация азотсодержащих веществ производится активным илом находящимся в реакционной зоне 40 биофильтра 39 и аэротенке-отстойнике комбинированного устройства 44. Снабжение ила кислородом осуществляется за счет растворения кислорода воздуха в иловой смеси при прохождении ее через загрузочные материалы, а также за счет процесса воздухововлечения 0,6-0,9 м³ на 1 м³ циркулирующей жидкости возникающего в аэрационных колоннах 21.

Основная масса иловой смеси, поступившей по трубопроводам 41, 43 в камеру смешения 42, направляется в системы орошения 39 и 44, часть смеси (избыточный ил) подается автоматически (по сигналу о подаче стоков на установку) в приемную камеру 3, а вытесняемая иловая смесь поступает в отстойник устройства 44, где ил группируется в хлопья и оседает, а очищенная вода через сборный лоток и трубопровод 46 отводится на дальнейшую обработку. Повышению эффекта очистки и задержанию всплывающих веществ способствует искусственная загрузка 45 - установленная в отстойнике.

После первой и второй стадии очистки в сточных водах остается в основном трудно окисляемая органика. Поэтому, а также исходя из условия получения в очищенной воде окисляемых форм азота на третьей стадии очистки в биофильтре 39 и комбинированном устройстве 44, производится обработка сточных вод в режиме полного окисления с низкими нагрузками на циркулирующий ил (0,05-0,1 кг БПКп на 1 кг сухого вещества в сутки).

Биофильтр и комбинированное устройство предназначены для окисления 10-20% органических загрязнений и снижения БПК до 15 мг/л и взвешенных веществ до 10 мг/л.

Снижение содержания органических загрязнений в очищенной воде по БПК до 5-10 мг/л, взвешенных веществ до 0,3 мг/л далее осуществляется в биореакторе 48.

Доочистка производится путем 2-3-х кратной циркуляции воды через слой микрофлоры иммобилизованной на щетинках загрузки 45. Забор воды из емкости осуществляется через перфорированные трубы 49, 50, а подача воды в аэрационную камеру 47 выполняется с помощью насоса 51 по трубопроводу 52 через водоструйный аэратор 53.

При поступлении воды в 48 соленоидный клапан на отводящем трубопроводе от перфорированной трубы 49 автоматически закрывается, а соленоидный клапан на трубопроводе от перфорированной трубы 50 автоматически открывается. При прекращении подачи воды включение и выключение клапанов производится в обратной последовательности. В связи с тем, что в 1 м³ воздуха используемом в биохимических процессах очистки сточных вод содержится до 1-1,5 тыс.шт. патогенных микроорганизмов, все пространства над аэрируемыми элементами установки герметично перекрываются, а вытесняемый воздух направляется по воздуховодам 54 на обеззараживание в установку с бактерицидными лампами 55.

Использование изобретения позволяет уменьшить объемы сооружений за счет последовательного изъятия загрязнений, сочетания высоких, средних и низких нагрузок на активную биомассу по элементам установки; использования сорбционных свойств выводимого из устройства избыточного активного ила. При этом повышается надежность технологического режима очистки и сокращаются эксплуатационные затраты за счет применения в устройстве в качестве основного механического оборудования простых низконапорных насосов и максимального использования затрачиваемой ими энергии.

Установка содержит биокоагулятор-флотатор (3) первой ступени очистки, биокоагулятор (14) второй ступени очистки, биофильтр (39), ферментатор (17), насосную станцию (33), комбинированное устройство (44) и биореактор (48). Биокоагулятор (3) снабжен водоструйным аэратором (2) и отражателем пены (8). Биокоагулятор (14) содержит водоструйный аэратор (13). Биофильтр соединен с насосом через промежуточную емкость (38) и имеет аэратор с искусственной загрузкой (23). Ферментатор имеет систему орошения (18), биофильтр (19), аэрационные колонны (22) и соединен с насосом (25). Комбинированное устройство (44) содержит биофильтр, аэрационные колонны, аэротенк и отстойник с искусственной загрузкой (45). Доочистка сточных вод происходит в биореакторе (48) с искусственной загрузкой. Очистка более эффективна и дешева. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для биохимической очистки высококонцентрированных сточных вод, содержащая комбинированное устройство с биофильтром, аэротенком-отстойником, камерой смешения, циркуляционным насосом и технологическими трубопроводами, отличающаяся тем, что она снабжена биокоагулятором-флотатором первой ступени очистки с водоструйным аэратором, его приемной камерой и отражателем пены и трубопроводом отвода осветленной воды, биокоагулятором второй ступени очистки с водоструйным аэратором, его приемной камерой и трубопроводами отвода осветленной воды и осадка, биофильтром с промежуточной емкостью, сборными поддонами, аэрационными колоннами и реакционной емкостью с искусственной загрузкой, ферментатором с системой орошения, биофильтром, аэрационными колоннами, аэротенком-отстойником с искусственной загрузкой и циркуляционным насосом, трубопроводом отвода осветленных стоков и приемным резервуаром с двумя насосами для перекачки осветленных стоков, напорный трубопровод циркуляционного насоса комбинированного устройства сообщен с промежуточной емкостью биофильтра и приемными камерами водоструйных аэраторов первой и второй ступеней очистки, напорный трубопровод первого насоса перекачки осветленных стоков соединен с приемной камерой аэратора первой ступени очистки, а напорный трубопровод циркуляционного насоса комбинированного устройства сообщен с промежуточной емкостью биофильтра и приемными камерами водоструйных аэраторов первой и второй ступеней очистки, напорный трубопровод первого насоса перекачки осветленных стоков соединен с приемной камерой аэратора первой ступени очистки, а напорный трубопровод второго насоса перекачки осветленных стоков - с промежуточной емкостью биофильтра, трубопровод отвода осветвленных стоков от второй ступени очистки подключен к приемному резервуару, трубопровод отвода осадка от второй ступени очистки соединен с всасывающим трубопроводом насоса ферментатора, а напорный трубопровод этого насоса соединен с системой орошения ферментатора и приемными камерами аэраторов первой и второй ступени очистки и трубопровод отвода осветленной воды от ферментатора присоединен к приемному резервуару, а трубопровод отвода воды от комбинированного устройства подсоединен к биореаткору доочистки стоков, снабженному камерой аэрации, искусственной загрузкой, перфорированными трубами, соединенными отводящими трубопроводами с циркуляционным насосом, напорный трубопровод которого подключен к приемной камере водоструйного аэратора. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что биокоагулятор-флотатор выполнен из трех камер - камеры флотации, камеры отстаивания и камеры накопления осадка, при этом камера флотации снабжена лотком для сбора всплывающих веществ с отводным трубопроводом, аэраторами тонкого диспергирования воздуха и отделена от камеры осадка уголками наклона к горизонту 45 - 60^o. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что аэротенк ферментатора и реакционная емкость биофильтра снабжены искусственной загрузкой, состоящей из листов с равными диамтерами отверстий и равными расстояниями между щетинками, а отстойник комбинированного устройства и биореактор для доочистки стоков снабжены загрузкой, в которой диаметр отверстий и расстояние между щетинками уменьшаются от низа к верху листов. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что пространства над аэрируемыми элементами сооружений закрыты герметично и для отвода воздуха к ним подсоединены воздуховоды, которые, в свою очередь, подключены к установке с бактерицидными лампами.