ОДНОБАССЕЙНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2000 года по МПК C02F3/08 C02F3/30 

Изобретение относится к однобассейной очистительной установке для биологической очистки органически нагруженных коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных сточных вод с помощью технологии активного ила и биопленки.

Однобассейные установки для очистки сточных вод, в которых операции способа - заполнение реактора сточной водой из накопителя сточных вод, биологическая очистка активным илом, осаждение активного ила и забор очищенной сточной воды, протекающие друг за другом в бассейне, относятся к уровню техники очистки сточных вод.

Известная из DE 3577600 (С 02 F 3/02, 1986) установка содержит корпус, расположенный в нем слой частиц для выращивания бактерий и установленные на дне корпуса аэрирующие устройства, и насос, соединенный со сливом избыточного ила.

Значительным недостатком известных установок является то, что осаждение суспендированной биомассы (активного ила) требует очень много времени и биомасса недостаточно сгущается. Поэтому концентрации активного ила во время фазы очистки являются относительно небольшими. Это ограничивает предельно допустимую нагрузку известных установок.

Повышенная концентрация биомассы в установке может быть достигнута только путем увеличения объема бассейна, необходимого для смены сточной воды.

Другой недостаток заключается в том, что структура активного ила имеет отклонения в зависимости от нагрузки, температуры воды, обеспечения кислородом и завихрения в реакторе, которые в различной степени влияют на концентрацию и производительность, а также степень сгущения и скорость осаждения ила.

Названные недостатки приводят к ограничению биологического потенциала мощности реактора, который нельзя точно подсчитать, и к неблагоприятному соотношению объема осаждаемой биомассы и полезного объема бассейна для смены сточной воды.

Биологическое исключение азота путем нитрификации и денитрификации, а также фосфора путем ячеистого накопления в установках такого типа в известной степени возможно, однако, при значительных затратах на объем бассейна, технику управления и обслуживание.

Необходимые для дальнейшей очистки сточной воды неокисленные и анаэробные операции способа могут реализовываться на основе относительно низких концентраций биомассы только с помощью продолжительных по времени циклов без подвода воздуха.

Время, необходимое для реализации неокисленных и анаэробных фаз, а также для осаждения ила и забора очищенной сточной воды, негативно влияет на предельно допустимую нагрузку и эффективность установок такого типа.

Задачей изобретения является совершенствование однобассейной установки для очистки сточных вод, осуществляющей взаимосвязь биологии активного ила с биологией биопленки, не имеющей вышеназванных недостатков.

Данная техническая задача решается за счет того, что однобассейная очистительная установка для биологической очистки органически нагруженных коммунальных, промышленных, сельскохозяйственных сточных вод, содержащая корпус, расположенный в нем слой частиц для выращивания бактерий и установленные на дне корпуса аэрирующие устройства, и насос, соединенный со сливом избыточного ила, согласно изобретению, частично заполнена способными к завихрению и заселяемыми микроорганизмами частицами-носителями для выращивания с удельным весом более чем 1,0 г/см³, предпочтительно 1,1-1,3 г/см³, при этом насыпная высота в реакторе установлена менее 60% от глубины воды, причем применяют частицы-носители для выращивания, свободное пространство в насыпной массе которых составляет 400-800 л на м³, и частицы-носители для выращивания имеют поверхность от 300 до 900 м²/м³ насыпного объема, при этом на дне установки расположены аэрирующие устройства, а подвод к установке связан с накопителем сточной воды или с насосной станцией с накопителем сточной воды, и над частицами-носителями для выращивания, осажденными в состоянии покоя однобассейной установки для очистки сточных вод, расположен, по меньшей мере, один насос, соединенный с накопителем для ила или со сливом.

Кроме того, частицы-носители для выращивания могут быть выполнены в виде валиков, имеющих длину от 10 до 25 мм, внешний диаметр от 5 до 10 мм и внутренний диаметр от 2 до 8 мм.

Частицы-носители для выращивания могут иметь плотность от 1,1 до 1,3 г/см³. Насыпная высота частиц-носителей для выращивания в реакторе может составлять от 10 до 30% от глубины воды.

Устройства аэрации в группах или по отдельности могут быть соединены посредством регулирующего устройства с воздуходувкой и выполнены управляемыми.

Часть организмов, необходимых для очистки сточной воды, селят на частицы-носители для выращивания. При подводе воздуха частицы-носители подвергаются завихрению и во время пауз при аэрации оседают значительно быстрее, чем активный ил.

После осаждения частицы образуют точно ограниченный биологически активный неподвижный слой. На поверхности частиц поселяются в виде пленки специальные микроорганизмы, которые после забора активного ила остаются в установке.

Путем технического сочетания биологии биопленки и активного ила значительно повышается концентрация активной биомассы и тем самым потенциальная мощность установки без дополнительного увеличения объема бассейна. Благодаря этому оказывается благоприятное влияние на соотношение между объемом для осаждения и полезным объемом для смены сточной воды.

Объемные соотношения в реакторе и имеющаяся в распоряжении биомасса являются постоянными, и тем самым их можно подсчитать техническими способами.

Повышенные концентрации биомассы обеспечивают повышенную предельную нагрузку установки при остающихся постоянными целях очистки.

С помощью высокой скорости осаждения частиц для выращивания, покрытых организмами, после отключения аэрирующих устройств можно за короткое время превратить аэробный вихревой слой в неокисленный неподвижный/псевдоожиженный слой.

Подвод воздуха в реактор может осуществляться так, что образуются зоны с различным обеспечением кислородом. За счет этого аэробные процессы с нитрификацией и неокисленные процессы с денитрификацией протекают пространственно рядом друг с другом.

Изобретение и способ его действия дальше описывается на примере однобассейной установки для очистки сточных вод с объемом 100 м³, диаметром 5 м и глубиной воды 5 м.

Биологический процесс очистки заканчивается к моменту времени с незначительным выходом сточной воды, например, в 4 часа утра путем выключения насоса для подачи сточной воды и аэрирующих устройств, и одновременно включается фаза осаждения. Подводимая после этого к очистительной установке сточная вода некоторое время удерживается в накопителе насосной станции 1. Установка в объеме 20 м³ заполняется частицами-носителями для выращивания, имеющими форму валиков, с удельным весом 1,2 г/см³, площадью для заселения 600 м² на каждый м³ насыпного объема и 0,7 м³ свободного пространства на каждый м³ насыпного объема.

Частицы-носители: 4 для выращивания, подвергающиеся завихрению во время фазы аэрации, осаждаются после отключения аэрирующих устройств 5 в течение 5 минут на дно установки и образуют там пространственно определенный, биологически активный неподвижный слой с насыпной высотой 1,0 м.

Осаждение активного ила 3 заканчивается приблизительно через 0,5 часа. Ил проникает в промежуточные полости между частицами-носителями 4 для выращивания и образует над подвижным слоем слой толщиной приблизительно 0,3 м.

Объем осветленной фазы, образованной между уровнем волы и слоем активного ила, составляет приблизительно 70 м³.

После фазы осаждения приводится в действие насос 6, расположенный вблизи слоя ила. Он откачивает полученный в избытке ил в накопитель для ила.

Процесс забора прерывается через заданное время или с помощью зонда для измерения мутности, введенного в подвод в накопителе для ила.

Вытесняемая из накопителя ила осветленная фаза возвращается в накопитель насосной станции сточных вод.

После забора ила очищенную воду откачивают через промежутки времени, равные приблизительно 40 минутам. Это осуществляется с помощью насоса 6 для ила, в котором подвод к накопителю для ила перекрывают и открывают трубопровод для оттока.

Забор осветленной фазы 2 может осуществляться с помощью отдельного насоса или с помощью заслонки.

После забора осветленной фазы вещества, возможно плавающие на поверхности в достаточном количестве, можно откачать в накопитель для ила.

После завершения продолжавшихся приблизительно 1-2 часа фазы осаждения и фазы забора к однобассейной установке для очистки сточных вод подводят накопленную в напорной станции и поступающую в данный момент неочищенную сточную воду.

Во время фазы осаждения и забора в неподвижном слое образуются анаэробно-неокисленные соотношения окружающей среды. При этом нитрат-кислород денитрифицируется в газообразный азот.

После окончания денитрификации начинаются анаэробно-гидравлические процессы, которые расщепляют часть высокомолекулярных органических веществ в низкомолекулярные. Эти продукты гидролиза предпочтительно потребляются в качестве пищевого субстрата организмами, накапливающими фосфор.

Анаэробные процессы обмена веществ проходят более интенсивно при добавлении свежей сточной воды.

С помощью кратковременной подачи воздуха активный ил и микроорганизмы, поселившиеся на частицах-носителях 4 для выращивания, контактируют со свежей сточной водой в течение заданных промежутков времени. Кратковременная циркуляция воздуха повторяется с промежутками времени, равными приблизительно 30 минутам до приблизительно 1,5-2 часов.

После фазы гидролиза и подкисления, служащей, прежде всего, для роста микроорганизмов, накапливающих фосфор, анаэробный неподвижный слой с помощью интенсивного кислорода воздуха превращается в аэробный вихревой слой.

Во время фазы аэрации образуются органические вещества, биологически выделяется фосфор, и азот-аммония окисляется в азот-нитрата.

Объем бассейна выбран так, что вся поступившая в течение дня грязная и примесная вола непрерывно - без дальнейшего промежуточного накопления, может подводиться к установке и очищаться.

После многочасовой интенсивной фазы аэрации реактор работает таким образом, что процессы нитрификации и денитрификации могут протекать синхронно. Это достигается за счет того, что воздух подается только к определенным группам аэрирующих устройств или отдельным аэрирующим устройствам 5. За счет этого в реакторе образуются зоны, которые достаточно снабжаются кислородом и в которых возможна нитрификация аммония, и зоны без концентрации или с незначительной концентрацией растворенного кислорода, в которых могут протекать процессы денитрификации.

Внутри имеющих форму валиков частиц - носителей 4 для выращивания независимо от имеющегося кислорода также постоянно проходят процессы денитрификации.

Продолжительность или длительность фаз с интенсивным или уменьшенным подводом воздуха устанавливают в зависимости от нагрузки подачи и целей очистки.

При повышенных требованиях к выделению фосфора через заданные промежутки времени дополнительно отключают аэрирующие устройства.

Во время укороченных фаз осаждения начинаются уже описанные неокисленно-анаэробные процессы.

После окончания биологических процессов путем включения аэрирующих устройств и насоса притока снова начинается фаза осаждения и забора.

Преимущество технологического сочетания биологии активного и биопленки далее показано на расчетных примерах.

1. Соотношения в реакторе, приводимом в действие только с активным илом:
Полезный объем реактора - 100,0 м³
Диаметр реактора - 5,0 м
Глубина реактора - 5,0 м
Зона концентрации - 30 об.% = 30 м³ при H=1,5 м
Зона смены - 70 об.%=70 м³ при H=3,5 м
Цель очистки - очистка сточной воды при стабилизации ила.

Концентрации биомассы активного ила:
Во время аэрации 2,5 кг TS/м³ - 250 кг TS
После осаждения 8,3 кг TS/м³ - 250 кг TS
BSB-содержание ила - 0,04 кг BSB/кгTS•d
TS в реакторе - 250 кг TS
BSB-нагрузка реактора 250•0,04 - 10 кгBSB/d
Эквивалент жителям (EGW) - 0,06 кгBSB/E•d
Макс. потребляемая мощность - 170 EGV
2. Соотношения в реакторе, приводимом в действие биологией активного ила и биологией биопленки:
Полезный объем реактора - 100,0 м³
Диаметр реактора - 5,0 м
Глубина реактора - 5,0 м
Зона концентрации - 30 об.%=30 м³ при H=1,5 м
Зона смены - 70 об.%=70 м³ при H=3,5 м
Биология биопленки:
Насыпной объем частиц для выращивания 20% - 20 м³
Поверхность частиц-носителей для выращивания - 600 м²/м³
Насыпной объем общий - 12000 м²
BSB-поверхностная нагрузка - 2,0 г BSB/м²•d
BSB-поверхностная нагрузка общая - 24 кг BSB/d
Эквивалент жителям при 0,06 кг BSB/E•d - 400 EGV
Биология активного ила:
Свободное пространство между частицами-носителями для выращивания - 14 м
TS между частицами-носителями для выращивания при 3,5 кг/м³ - 49 кг TS
Слой ила над неподвижным слоем, 10 об.% - 10 м³
TS в слое ила над неподвижным слоем - 8,0 кг/м³
TS в слое ила - 80 кг TS
TS общее в зоне концентрации - 129 кг TS
BSB-нагрузка ила - 0,04 кг BSB/кг TS•d
TS в реакторе - 129 кг TS
BSB-нагрузка реактора 129•0,04 - 5,2 кг BSB/d
Эквивалент жителям при 0,06 кгBSB/E•d - 86 EGW
Сумма BSB-нагрузки активного ила + биологии биопленки 5,2 + 24 = 29,2 кгBSB/d.

Это соответствует общей потребляемой мощности, приблизительно, 480 EGW.

Сравнение показывает, что потенциал очистки в реакторе, работающем с биологией активного ила и биологией биопленки, по меньшей мере, в два раза выше.

Установка предназначена для очистки коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных сточных вод с помощью активного ила и биопленки. Установка содержит корпус, заполненный на не менее чем на 60% от глубины воды частицами-носителями, способными к завихрению, заселяемыми микроорганизмами, свободное пространство в насыпной массе которых составляет 400-800 л/м³. На дне установки расположены аэрирующие устройства, а над частицами-носителями расположен, по меньшей мере, один насос, соединенный с накопителем ила или со сливом. В установке достигается взаимосвязь биологии активного ила с биологией биопленки, что значительно повышает концентрацию активной биомассы и, как следствие, мощность установки без увеличения объема корпуса. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Однобассейная очистительная установка для биологической очистки органически нагруженных коммунальных, промышленных сельскохозяйственных сточных вод, содержащая корпус, расположенный в нем слой частиц для выращивания бактерий и установленные на дне корпуса аэрирующие устройства, и насос, соединенный со сливом избыточного ила, отличающаяся тем, что однобассейная установка для очистки сточных вод частично заполнена способными к завихрению и заселяемыми микроорганизмами частицами-носителями (4) для выращивания с удельным весом более чем 1,0 г/см³, при этом насыпная высота в реакторе установлена менее 60% от глубины воды, причем применяют частицы-носители для выращивания, свободное пространство в насыпной массе которых составляет 400 - 800 л на м³, а частицы-носители для выращивания имеют поверхность от 300 до 900 м²/м³ насыпного объема, при этом на дне установки расположены аэрирующие устройства (5), а подвод к установке связан с накопителем сточной воды или с насосной станцией с накопителем (1) сточной воды, над частицами-носителями (4) для выращивания, осажденными в состоянии покоя однобассейной установки для очистки сточных вод, расположен, по меньшей мере, один насос (6), соединенный с накопителем для ила или со сливом. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что частицы-носители (4) для выращивания выполнены в виде валиков, имеющих длину 10 - 25 мм, внешний диаметр 5 - 10 мм и внутренний диаметр 2 - 8 мм. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что частицы-носители (4) для выращивания имеют плотность 1,1 - 1,3 г/см³. 4. Установка по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что насыпная высота частиц-носителей (4) для выращивания в реакторе составляет 10 - 30% от глубины воды. 5. Установка по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что аэрирующие устройства (5) в группах или по отдельности соединены посредством регулирующего устройства с воздуходувкой (7) и выполнены управляемыми.