СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2000 года по МПК C02F3/34 C12N1/00 C12N1/20 C12N13/00 

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод, включающий окисление содержащихся в ней органических веществ при гидродинамической кавитационной обработке сточной воды с числом кавитации G = 0,5 - 1 (а.с. СССР N 1708775, C 02 F 3/20, Б.И. N 4, 1992).

Указанный способ не обеспечивает эффективной очистки сточных вод, требует применения сложного оборудования.

Известен способ биологической очистки сточных вод, включающий биологическую сорбцию и окисление в биоценозе активного ила, путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, отделение активного ила от очищенной воды путем гравитационного осаждения, возврат отделенного от воды активного ила на стадию аэрации (Яковлев С.В., Кирюхин Т.П. "Биохимические процессы в очистке сточных вод" - М., Стройиздат, 1980, с. 61-68).

К недостаткам способа относится то, что он требует обезвоживания образующегося избыточного активного ила, велик иловой индекс и удельное сопротивление фильтрованию активного ила, высок прирост и недостаточна степень эффективности очистки воды.

Наиболее близким к предлагаемому является способ биологической очистки сточных вод, включающий биологическую сорбцию и окисление в биоценозе активного ила путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, отделение от очищенной воды и задержку вспухшего ила путем двух или многократных последовательных процессов флокуляции частиц вспухшего ила с помощью биологической пленки и их гравитационного осаждения, возврат отделенного от очищенной воды вспухшего ила на стадию аэрации для повторного его использования в качестве активного ила (Авторское свидетельство СССР N 1551660, 23.03.90).

Недостатком данного способа является то, что хотя он и позволяет использовать вспухший ил, т.е. нитчатую или палочковую форму микрофлоры, обладающую высокой окислительной способностью и образующуюся в процессе очистки сточных вод, но доля вспухшего ила в общей доле активного ила низка, т.к. процесс образования вспухшего ила и поддержание его работоспособности является неуправляемым, поэтому и его окислительные и сорбционные способности используются недостаточно.

Задачей настоящего изобретения является создание условий, обеспечивающих функционирование "управляемого" биоциноза вспухшего ила с поддержанием его окислительной и сорбционной способности на наиболее высоком уровне. Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности биологической очистки сточных вод.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном способе биологической очистки сточных вод, включающем биологическую сорбцию и окисление в биоценозе активного ила путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, отделение от очищенной воды и задержку вспухшего ила путем двух или многократных последовательных процессов флокуляции частиц вспухшего ила с помощью биологически активной пленки и их гравитационного осаждения, возврат вспухшего ила на стадию аэрации, имеются отличия, а именно в качестве активного ила на стадии аэрации используется вспухший ил, а его работоспособность обеспечивается кавитационной обработкой низкой интенсивности, с числом кавитации G = 0,001 - 0,1 подаваемой сточной воды, рециркулируемой в процессе сорбции и окисления смеси сточной воды и активного ила, а также при перекачке возвратного вспухшего ила на регенерацию и во время ее.

Предлагаемый способ позволяет искусственно культивировать вспухший ил, т. к. кавитационная обработка низкой интенсивности с числом кавитации G = 0,001 - 0,01 способствует переходу микрофлоры активного ила в нитчатую (палочковую) форму, а также позволяет поддерживать окислительную и сорбционную его способность на наиболее высоком уровне.

Причем при кавитационной обработке с числом кавитации около нижней границы указанных величин образуется вспухший ил (в биоциноз которого входят 2 - 4 вида микроорганизмов) и подавляется рост иных видов микроорганизмов, обладающих значительно более низкой способностью объемного сорбирования.

При кавитационной обработке с числом кавитации около верхней границы указанных величин эффективно происходит процесс разрушения флокул и переход задержанного ила в первоначальное хлопьевидное состояние, что в ряде случаев позволяет производить процесс регенерации без собственно регенераторов и, следовательно, удешевить процесс очистки.

Способ осуществляется следующим образом:
Биоценоз вспухшего ила формируют следующим образом:
В сорбционную и окислительную зону помещают активный ил, обогащенный представителями группы микроорганизмов родов Bacterium, Pseudomonas, которые предварительно обрабатываются кавитацией низкой интенсивности с числом кавитации G = 0,001 - 0,002.

Обогащение активного ила этими группами микроорганизмов производится один раз во время пуска установки в постоянную эксплуатацию.

Для обеспечения хорошего контакта подаваемой в зону сорбции и окисления загрязненной воды и активного ила (биомасса) их подачу осуществляют по противосточной схеме, причем процесс сорбции и окисления происходит в движущемся по спирали восходящем потоке, обеспечивающем более полное перемешивание двух фаз за счет разной траектории движения потоков и поочередной их смены как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Для интенсификации биологической очистки применена дополнительная гидромеханическая аэрация с постоянной обработкой кавитацией низкой интенсивности с числом кавитации G = 0,001 - 0,01 при рециркуляции смеси сточной воды и активного ила.

Затем иловая смесь (биомасса) по исходяще-восходящему принципу проходит в зону флокуляции и осаждения. В этой зоне имеется закрепленная загрузка с биологически активной пленкой, заселенной группами микроорганизмов, входящими в биоценоз вспухшего ила. Загрузка состоит из трех различных по проницательности слоев 95 - 90 - 80% соответственно.

По первому слою иловая смесь проходит в нисходящем потоке, второй и третий слой делят восходящий слой поровну.

Активный ил (биомасса) и биологическая пленка имеют незначительные, но разноименные заряды.

В результате движения иловой смеси происходит контакт вспухшего ила и биологически активной пленки. За счет электростатического притяжения вспухшие нити активного ила приобретают заряд биологически активной пленки и начинают флокулировать на себе близрасположенные нити вспухшего ила. Во втором и третьем слое происходит образование сначала мелких флокул, которые под действием потока жидкости, поднимаясь вверх, укрупняются, приостанавливают свое движение вверх под действием собственного веса. Далее флокулы увеличиваются в размере, путем их объединения из мелких в более крупные, при этом объем суммарной флокулы уменьшается, а удельный вес увеличивается, в результате чего происходит их гравитационное осаждение.

Флокулы вспухшего ила попадают в нижнюю иловую часть, откуда удаляются на регенерацию с предварительной обработкой при перекачке кавитацией низкой интенсивности с числом G = 0,001 - 0,01 с помощью турбулизатора.

В ряде случаев процесс регенерации в особых емкостях может не проводиться, а осевший флокулированный вспухший ил подается на стадию сорбции и окисления, подвергаясь при перекачке лишь указанной кавитационной обработке.

Обратный процесс превращения уплотненных флокул в фазу вспухшего ила (регенерация) происходит следующим образом:
Движение жидкости при перекачке осуществляют в турбулентном режиме с числом Рейнольса R>500, после чего биомассу обрабатывают в гидромеханическом потоке рециркулирующей жидкости, где одновременно происходят процессы интенсивного насыщения кислородом воздуха, окончательное освобождение от связей, удерживающих вспухший ил во флокулах, восстановление его сорбционной и окислительной способности.

Затем восстановленный вспухший ил подают уже в качестве окислителя и биологического сорбента для очистки поступающей свежей порции загрязненной воды. Таким образом процесс повторяется.

Пример 1. Осуществляют способ как вышеизложено. Число кавитации G = 0,001 - наиболее низком достижимом значении с учетом цикла Карно.

Степень загрязнения исходных сточных вод: ХПК - 100000 мг/л; БПК - 60000 - 70000 мг/л. После очистки вода имеет следующие показатели: ХПК - 20 - 30 мг/л; БПК - 1,5 мг/л.

Пример 2. Осуществляют способ как вышеизложено. Число кавитации G = 0,01. Степень загрязнения исходных сточных вод та же, что и в примере 1. После очистки вода имеет следующие показатели: ХПК - 40 - 45 мг/л; БПК - 2,5 мг/л.

Пример 3. Осуществляют способ как вышеизложено. Число кавитации G = 0,015. Степень загрязнения исходных сточных вод та же, что в примере 1. После очистки вода имеет следующие показатели: ХПК - 100 мг/л; БПК - 4,5 - 5 мг/л, т.е. не удовлетворяет стандартам степени очистки воды.

Таким образом, предлагаемый способ биологической очистки сточных вод позволяет увеличить сорбционную и окислительную способность активного ила, сократить энергетические затраты на его перекачку, т.к. количество флокулированной массы в 3 - 5 раз меньше объема рабочего ила, сократить эксплуатационные и капитальные затраты при удельном увеличении суммарной мощности очистительной установки в 4 - 5 раз в зависимости от компонентного состава и концентрации загрязнений в воде, подвергаемой очистке.

Способ предусматривает биологическую сорбцию и окисление в биоценозе вспухшего ила путем аэрации смеси сточной воды и вспухшего ила, отделение от очищенной воды и задержку вспухшего ила путем флокуляции его частиц с помощью биологически активной пленки и их гравитационного осаждения. После этого осуществляют возврат вспухшего ила на стадию аэрации. Работоспособность вспухшего ила обеспечивается кавитационной обработкой с числом кавитации G = 0,001 -0,01 подаваемой сточной воды, рециркулируемой в процессе сорбции и окисления смеси сточной воды и вспухшего ила. Это обусловлено также перекачкой возвратного вспухшего ила на регенерацию. Способ позволяет повысить эффективность биологической очистки сточных вод за счет создания условий, обеспечивающих функционирование "управляемого" биоценоза вспухшего ила с поддержанием его окислительной и сорбционной способности на наиболее высоком уровне. Увеличивается удельная суммарная мощность очистительной установки в 4-5 раз в зависимости от компонентного состава и концентрации загрязнений в воде.

Способ биологической очистки сточных вод, включающий биологическую сорбцию и окисление в биоценозе активного ила путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, отделение от очищенной воды и задержку вспухшего ила путем двух- или многократных последовательных процессов флокуляции частиц вспухшего ила с помощью биологически активной пленки и их гравитационного осаждения, возврат вспухшего ила на стадию аэрации, отличающийся тем, что в качестве активного ила используется вспухший ил, а его работоспособность обеспечивается кавитационной обработкой низкой интенсивности с числом кавитации G = 0,001 - 0,01 подаваемой сточной воды, рециркулируемой в процессе сорбции и окисления смеси сточной воды и активного ила, а также при перекачке возвратного вспухшего ила на регенерацию и во время ее.