СИСТЕМА ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ И АЗОТОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ И ВОЗВРАТА ИХ ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ Российский патент 2001 года по МПК C02F3/02 

Изобретение относится к области биохимической очистки бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано, например, в химической и азотной промышленности для очистки стоков от азотосодержащих и органических соединений.

Известно устройство для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих загрязнений, содержащее комбинированное сооружение из биофильтра с системой орошения, аэротенк-отстойник с водоструйной аэрацией, камеры смешения и трубопроводы.

Устройство обеспечивает очистку органических загрязнений и нитрификацию сточных вод (авт. свид. N 1761688, кл. C 02 F 3/02, 1992 г.).

Недостатком устройства является завышенный расход энергоресурсов, кроме того, отсутствует стадия денитрификации, что не обеспечивает высокое качество очистки сточных вод, которые нельзя использовать повторно в производстве.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство (система) для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих загрязнений, которое содержит комбинированное сооружение, включающее биофильтр с системой орошения, аэротенк-отстойник с водоструйной аэрацией, камерой смешения.

В устройство также входит нитрификатор с аэратором, денитрификатор с загрузкой из искусственного материала, аппараты соединены соответственно между собой трубопроводами (патент РФ N 2114070, МПК⁶ C 02 F 3/02, от 26.07.95 г., Бюлл N 18, 1998 г.).

Недостатком работы указанного устройства является недостаточно высокое качество очистки сточных вод и ограниченная область применения, т.к. отсутствует стадия тонкой очистки сточных вод, их дезинфекции, что не позволяет использовать сточные воды повторно в производстве.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества очистки сточных вод и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что известная система для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих соединений и возврата их для водоснабжения предприятия, содержащая комбинированное сооружение, включающее комплекс нитрификатора, денитрификатора, аэротенки-смесители, емкости-отстойники, соединенные между собой трубопроводами, дополнительно содержит усреднители, контрольные емкости и емкости некондиционных аммонийсодержащих и нитратосодержащих азотных стоков, двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод, ультрафиолетовую установку дезинфекции сточных вод, трубопроводы и коллектор для отвода ила, при этом сточные воды подают по трубопроводам двумя потоками, первый поток подают в усреднитель аммонийсодержащих азотных стоков, выход которого соединен трубопроводом со входом контрольной емкости аммонийсодержащих азотных стоков, первый выход которой соединен с первым входом нитрификатора, а второй ее выход соединен со входом емкости некондиционных аммонийсодержащих азотных стоков, выход которой соединен со вторым входом контрольной емкости аммонийсодержащих азотных стоков, второй поток подают в усреднитель нитратосодержащих азотных стоков, выход которого соединен трубопроводом со входом контрольной емкости нитратосодержащих азотных стоков, первый выход которой соединен с первым входом денитрификатора, а второй ее выход соединен со входом емкости некондиционных нитратосодержащих азотных стоков, выход которой соединен со вторым входом контрольной емкости нитратосодержащих азотных стоков; первый выход емкости-отстойника соединен трубопроводом со входом двухступенчатого биореактора тонкой очистки сточных вод, выход которого соединен со входом ультрафиолетовой установки дезинфекции сточных вод, соединенной выходом с трубопроводом очищенных сточных вод; второй и третий выходы емкости-отстойника соединены соответственно рецикловыми трубопроводами ила и стоков со вторым и третьим входами нитрификатора, а четвертый выход емкости-отстойника соединен с коллектором для отвода ила, который соединен со вторыми выходами нитрификатора и денитрификатора; причем процесс нитрификации аммонийсодержащих азотных стоков осуществляют в трехкоридорных аэротенках при перемешивании с активным илом двадцатисуточного возраста с продувкой воздухом, а процесс денитрификации нитросодержащих азотных стоков осуществляют в трехкоридорных аэротенках при перемешивании с активным илом шестидесятисуточного возраста.

Кроме того, биореактор выполнен в виде квадратного в плане резервуара, в центре которого расположены эрлифты для аэрации смеси с трубопроводом, направляющий поток стоков вниз под загрузку с разделением на первую и вторую ступень тонкой очистки сточных вод, заполненными иммобилизированной микрофлорой.

Тонкую очистку сточных вод осуществляют волокнистой полипропиленовой насадкой в специальных кассетах, установленных вертикальными рядами в биореакторе, а концентрация стоков после очистки составляет:
азот аммонийный - 1,8 мг/л;
азот нитратный - 2,7 мг/л;
азот нитритный - 10,3 мг/л;
химическое поглощение кислорода (ХПК) - 290 мгО₂/л;
биологическое поглощение кислорода (БПК) - 10 мг/л.

При этом мощность установки по переработке сточных вод до 250 м³/ч.

Совокупность дополнительных устройств в сочетании с известными придает системе очистки новые свойства, обеспечивающие тонкую биологическую очистку сточных вод, их дезинфекцию и возможность повторного использования стоков в промышленном производстве и уменьшение вредных веществ, сбрасываемых в окружающую среду.

Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию изобретения.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы для биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих соединений и возврата их для водоснабжения предприятия. На фиг. 2а изображен двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод (сечение А-А). На фиг. 2б изображена ультрафиолетовая установка дезинфекции сточных вод (сечение Б-Б).

Система включает трубопроводы и аппараты 1-32, соединенные между собой.

Производственные сточные воды поступают на систему биоочистки двумя потоками.

Первый поток с аммонийсодержащими азотными стоками поступает по трубопроводу 1 в усреднитель 2, где усредняется состав стоков и далее по трубопроводу 3 направляют их в контрольную емкость 4, откуда по трубопроводу 5 в комплекс нитрификатора 6, где происходит процесс нитрификации аммонийсодержащих стоков. Трубопроводами 7, 8 контрольная емкость 4 соединена с емкостью 9 некондиционных аммонийсодержащих азотных стоков, где происходит их отстой (при несоответствии показателя по составу стоков). Второй поток с нитратосодержащими азотными стоками по трубопроводу 10 поступает в усреднитель 11, где усредняется их состав, и далее по трубопроводу 12 стоки направляют в контрольную емкость 13, откуда по трубопроводу 14 затем направляют в комплекс денитрификатора 15.

Трубопроводами 16, 17 контрольная емкость 13 соединена с емкостью 18 некондиционных нитратосодержащих азотных стоков, куда отводят в случае несоответствия состава стоков по аммонийным и нитратным азотам.

Из нитрификатора 6, где происходит процесс нитрификации аммонийсодержащих азотных стоков в трехкоридорных аэротенках при смешении с активным илом и продувкой воздухом, стоки направляют по трубопроводу 19 в денитрификатор 15. Здесь осуществляется процесс денитрификации нитритосодержащих и нитритофицированных стоков в трехкоридорных аэротенках при смешении с активным илом (трубопроводы внутренней циркуляции ила в нитрификаторе 6 и денитрификаторе 15 условно на схеме не показаны).

Из денитрификатора 15 по трубопроводу 20 стоки поступают в емкость-отстойник 21, откуда их по трубопроводу 22 направляют в двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод 23. При этом производится в две ступени дополнительная очистка сточных вод. Биореактор 23 с иммобилизированной микрофлорой представляет квадратный в плане резервуар, в центре которого располагается эрлифт для аэрации смеси, и труба, направляющая поток воды вниз под загрузку.

Из биореактора 23 тонкоочищенные сточные воды по трубопроводу 24 поступают на вход ультрафиолетовой установки дезинфекции сточных вод 25, где происходит дезинфекция микроорганизмов за счет ультрафиолетовой обработки, и далее очищенные сточные воды по трубопроводу 26 направляют в заводскую сеть для повторного использования.

Кроме того, емкость-отстойник 21 соединена рецикловыми трубопроводами ила 27 и стоков 28 с нитрификатором 6 и трубопроводом 29 с коллектором для сброса отработанного ила 30, который соединен также трубопроводом 31 с денитрификатором 15 и трубопроводом 32 с нитрификатором 6.

Система очистки сточных вод работает следующим образом.

Поток аммонийсодержащих стоков подают для нитрификации по трубопроводам и аппаратам 1-5 в нитрификатор 6 (после отстоя в емкости 9), в котором установлены трехкоридорные аэротенки-смесители с аэрацией смеси (условно аэротенки на чертеже не показаны). Здесь происходит очистка стоков при смешении с илом двадцатисуточного возраста, который является оптимальным по концентрации. Подача ила позволяет поддерживать в нитрификаторе 6 необходимое количество колоний микроорганизмов в виде хлопьев и предотвращает их вынос, что повышает прозрачность очищаемых стоков воды.

Поток нитратосодержащих азотных стоков подают для денитрификации по трубопроводам и аппаратам 10-14 в денитрификатор 15 (после отстоя в емкости 18), в котором установлены также трехкоридорные аэротенки-смесители с аэрацией смеси (условно на чертеже не показаны).

При смешении стоков с илом шестидесятисуточного возраста, который является оптимальным по концентрации, происходит их очистка.

Кроме того, в денитрификатор 15 подают по трубопроводу 19 нитрифицированные стоки, которые с илом являются источником органического углерода, а также по отдельному трубопроводу водно-щелочные стоки, что повышает степень денитрификации стоков. После денитрификатора 15 очищенные аммоний и нитросодержащие стоки направляют в емкость-отстойник 21.

Для более глубокой очистки стоков осуществляют их многократную циркуляцию, при этом из емкости 21 подают повторно по рециркуляционному трубопроводу 27 ил, а по рециркуляционному трубопроводу 28 стоки в нитрификатор 6.

Качество воды при этом характеризуется следующими показателями:
азот аммонийный - 13 мг/л:
азот нитратный - 40 мг/л;
азот нитритный - 10 мг/л;
химическое поглощение кислорода (ХПК) - 1000 мгO₂/л;
биологическое поглощение кислорода (БПК) - 180 мг/л.

Избыток ила по трубопроводам 29, 31, 32 постоянно отводят в коллектор отвода ила 30.

Для снижения концентраций загрязнений стоков и использования их в системе водоснабжения предприятия стоки с емкости-отстойника 21 по трубопроводу 22 направляют в двухступенчатый биореактор тонкой очистки стоков 23, где производят дополнительную очистку стоков.

Основой процесса дополнительной очистки сточных вод является тонковолокнистая полипропиленовая насадка с развитой поверхностью, которая заполняется в специальных кассетах, установленных вертикальными рядами в первой и второй ступени биореактора 23 (фиг. 2a, сеч. А-А).

В каждой ступени расположены четыре кассеты с насадкой типа "волан", в центре которой находится эрлифтная труба с коаксиально расположенной в ней воздушной трубой. Регенерация насадки производится барботированием каждой ступени. Вторая ступень для наглядности на фиг. 2a не изображена.

К каждой ступени подведены расположенные друг над другом воздушные трубы - к эрлифтам и к системе регенерации.

В биореакторе 1-ой и 2-ой ступени происходит последовательно снижение показателей БПК, ХПК и аммонийного азота с некоторым повышением нитратного и нитритного азота.

Для аэрации смеси используют эрлифты.

Затем стоки по трубопроводу 24 подают на ультрафиолетовую установку 25 для дезинфекции микроорганизмов, т.к. некоторые популяции микроорганизмов не чувствительны к хлору, то в данной системе используют ультрафиолетовую дезинфекцию сточных вод, при этом не происходит изменение окислительных характеристик сточных вод.

При ультрафиолетовой дезинфекции стоков используют дуговые лампы напряжением 380 В до 270 шт. (сечение Б-Б, фиг. 2б).

При этом повышенное качество сточных вод (по взвешенным частицам до 30 мг/л, по показателям цветности до 60 ед) обеспечивается 2-ступенчатым биореактором тонкой очистки стоков 23.

Далее по трубопроводу 26 очищенные сточные воды подают для повторного использования в заводскую сеть водоснабжения производств.

Таким образом, подавая раздельно стоки двумя потоками, добиваемся эффективной очистки в комплексе нитрификатора и денитрификатора, а осуществляя очистку стоков в биореакторе в две ступени, добиваемся более тонкой очистки стоков.

Направляя стоки на ультрафиолетовую установку для их дезинфекции (вместо хлорирования), получаем возможность повторного использования вод в производстве, получая замкнутый цикл переработки стоков. Экспериментальная проверка работы системы биохимической очистки сточных вод, проведенная в III кв. 1999 г. в производстве капролактама на ЗАО "Куйбышевазот", показала эффективность ее работы.

Ниже приведен численный пример и сравнительная таблица испытаний предложенной системы очистки сточных вод.

Пример
По трубопроводу 1 подаем в усреднитель 2 аммонийсодержащие азотные стоки в количестве V₁ = 3432 м³/сутки, после отделения некондиционных стоков (по составу) в емкости 9 в количестве V₂ = 67 м³/сутки направляем стоки из контрольной емкости 4 в количестве V₃ = 3375 м³/сутки для нитрификации в нитрификатор 6.

По трубопроводу 10 подаем в усреднитель 11 нитритосодержащие азотные стоки в количестве V₄ = 2248 м³/сутки, после отделения некондиционных стоков (по составу) в емкости 18 в количестве V₅ = 40 м³/сутки направляем стоки из контрольной емкости 13 для денитрификации в количестве V₆ = 2208 м³/сутки в денитрификатор 15, куда также подаем воднощелочные стоки (ВЩС) в количестве V₇ = 187 м³/сутки, которые являются также субстратом для процесса денитрификации.

После денитрификации аммоний и нитратосодержащие стоки в сумме V₈= 5770 м³/сутки направляем в емкость-отстойник 21, откуда затем в биореактор 23 для их тонкой очистки и далее для дезинфекции на установку 25.

Очищенные сточные воды в количестве V₉ = 5770 м³/сутки направляем для повторного использования на нужды производства (при этом не учтен расход рециркуляции).

При работе системы очистки с емкости-отстойника 21 по рецикловому трубопроводу ила 27 возвращаем в нитрификатор 6, а по рецикловому трубопроводу стоков 28 возвращаем их в нитрификатор 6 (% рециркуляции колеблется от 30 до 50%).

Избыточный ил по трубопроводам 29, 31, 32 подаем в коллектор отвода ила 30 в количестве V₁₀ = 400-500 м³/сутки.

Ниже приведена таблица сравнительных испытаний предлагаемой системы очистки сточных вод и показателей по прототипу с обычной очисткой, которая имеется и в "предлагаемой системе", и в "прототипе", и показатели тонкой очистки сточных вод, которые имеются только в предлагаемой "системе очистки".

Из таблицы видно, что предлагаемая система очистки сточных вод более эффективна. Кроме того, стоки, которые сбрасывались в окружающую среду, теперь используются в производстве, что улучшает экологию окружающей среды.

Изобретение относится к области биохимической очистки сточных вод от органических и азотосодержащих соединений и возврата их в производственный цикл и может быть использовано для очистки вод в азотной промышленности. Система содержит комбинированное сооружение, включающее комплекс нитрификатора, денитрификатора, аэротенки-смесители, емкости-отстойники, соединенные между собой трубопроводами, дополнительно содержит усреднители, контрольные емкости и емкости некондиционных аммонийсодержащих и нитратосодержащих азотных стоков, двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод, ультрафиолетовую установку дезинфекции сточных вод, трубопроводы и коллектор для отвода ила. Технический результат: повышение качества очистки сточных вод и расширение области применения. 3 з.п. ф-лы., 1 табл., 2 ил.

1. Система для биохимической очистки сточных вод от органических азотсодержащих соединений и возврата их для водоснабжения предприятия, содержащая комбинированное сооружение, включающее комплекс нитрификатора, денитрификатора, аэротенки-смесители, емкости-отстойники, соединенные между собой трубопроводами, отличающаяся тем, что дополнительно содержит усреднители, контрольные емкости и емкости некондиционных аммонийсодержащих и нитратосодержащих азотных стоков, двухступенчатый биореактор тонкой очистки сточных вод, ультрафиолетовую установку дезинфекции сточных вод, трубопроводы и коллектор для отвода ила, при этом сточные воды подают по трубопроводам двумя потоками, первый поток подают в усреднитель аммонийсодержащих азотных стоков, выход которого соединен трубопроводом со входом контрольной емкости аммонийсодержащих азотных стоков, первый выход которой соединен с первым входом нитрификатора, а второй ее выход соединен со входом емкости некондиционных аммонийсодержащих азотных стоков, выход которой соединен со вторым входом контрольной емкости аммонийсодержащих азотных стоков; второй поток подают в усреднитель нитратосодержащих азотных стоков, выход которого соединен трубопроводом со входом контрольной емкости нитратосодержащих азотных стоков, первый выход которой соединен с первым входом денитрификатора, а второй ее выход соединен со входом емкости некондиционных нитратосодержащих азотных стоков, выход которой соединен со вторым входом контрольной емкости нитратосодержащих азотных стоков; первый выход емкости-отстойника соединен трубопроводом со входом двухступенчатого биореактора тонкой очистки сточных вод, выход которого соединен со входом ультрафиолетовой установки дезинфекции сточных вод, соединенной выходом с трубопроводом очищенных сточных вод, второй и третий выходы емкости-отстойника соединены соответственно рецикловыми трубопроводами ила и стоков со вторым и третьим входами нитрификатора, а четвертый выход емкости-отстойника соединен с коллектором для отвода ила, который соединен со вторыми выходами нитрификатора и денитрификатора, причем процесс нитрификации аммонийсодержащих азотных стоков осуществляют в трехкоридорных аэротенках при перемешивании с активным илом двадцатисуточного возраста с продувкой воздухом, а процесс денитрификации нитратосодержащих азотных стоков осуществляют в трехкоридорных аэротенках при перемешивании с активным илом шестидесятисуточного возраста. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что биореактор выполнен в виде квадратного в плане резервуара, в центре которого расположены эрлифты для аэрации смеси с трубопроводом, направляющий поток стоков вниз под загрузку с разделением на первую и вторую ступень тонкой очистки сточных вод, заполненных иммобилизованной микрофлорой. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что тонкую очистку сточных вод осуществляют волокнистой полипропиленовой насадкой в специальных кассетах, установленных вертикальными рядами в биореакторе. 4. Система по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что концентрация стоков после очистки составляет:
Азот аммонийный - 1,8 мг/л
Азот нитратный - 2,7 мг/л;
Азот нитритный - 10,3 мг/л;
Химическое поглощение кислорода (ХПК) - 290 мг O₂/л;
Биологическое поглощение кислорода (БПК) - 10 мг/л;
при мощности установки до 250 м³/ч.