СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ И БЛИЗКИХ К НИМ ПО СОСТАВУ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2001 года по МПК C02F3/30 C02F3/30 C02F101/16 C02F101/30 

Изобретение относится к области биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод от органических соединений, взвешенных веществ и аммонийного азота в анаэробном и аэробном режимах и может быть использовано как при решении проблем обработки вышеупомянутых сточных вод отдельно стоящих жилых домов, коттеджных кварталов, гостиниц, мотелей, так и для предприятий местной промышленности небольшой производительности.

Известен аэробно-анаэробный способ очистки сточных вод от органических соединений и взвешенных веществ путем их аэрации в закрытом реакторе при постоянном перемешивании, повторной аэрации в следующем аэробном реакторе при периодическом перемешивании; по истечении заданного периода времени воду подают в третий реактор для ее обработки в анаэробных условиях и далее, в четвертый - для нитрификации (см. заявку US N 5861095 A, кл. C 02 F 3/30 с приоритетом 09.04.97 г., опубл. 19.01.99 г.).

Недостатком известного способа является сложность его, обусловленная многостадийностью, и повышенные энергозатраты, вследствие необходимости постоянного перемешивания.

Известен способ очистки сточных вод от органических соединений и взвешенных веществ путем их аэробной обработки в присутствии плавающей загрузки с прикрепленными микроорганизмами для понижения БПК; после аэрации воду подвергают отстаиванию для отделения активного ила, осветленную воду подвергают вторичной аэрации на насадке с прикрепленными микроорганизмами с целью нитрификации и далее анаэробной обработке при перемешивании для денитрификации; дальнейшая аэрация в присутствии плавающего носителя с прикрепленными микроорганизмами обеспечивает удаление фосфора с последующим отстаиванием для осветления воды (см. заявку Японии N 62-295838, кл. C 02 F 9/00, фирмы KYOTO SUIKEN КК с приоритетом 24.11.89 г., опубл. 24.11.94 г.).

Недостатками известного способа являются сложность его, обусловленная многостадийностью процесса, сложность удерживания в системе очистки плавающего носителя и необходимость использования перемешивающих устройств, приводящих к повышенным затратам электроэнергии.

Известен аэробно-анаэробный способ биологической очистки сточных вод от органических соединений и взвешенных веществ, заключающийся в смешении исходной воды и активного ила, насыщении смеси воздухом, сорбции загрязнений из образующейся водовоздушной смеси при прохождении ее через взвешенный слой активного ила с осветлением воды, отделением органического осадка и его деструкцией в анаэробных условиях; осветленная вода подвергается аэрации во взвешенном слое активного ила для удаления органических загрязнений с дальнейшей нитрификацией на загрузке с иммобилизованными микроорганизмами и денитрификацией с выделением свободного азота. Насыщенная воздухом иловая смесь подвергается пост аэрации и флотации с отведением выделившегося воздуха на аэрацию. Обрабатываемая вода нисходящим потоком проходит через взвешенный слой аэрофлокул активного ила, очищаясь от загрязнений и выделяющегося азота, и далее, с оставшейся частью активного ила, проходит через загрузку с нитрофикаторами, а восходящим потоком проходит через псевдоожиженный слой зернистого материала с факультативным биоценозом. Анаэробную обработку очищаемой воды осуществляют при прохождении ее через плотный взвешенный слой активного ила для восстановления нитратного азота; очищенную воду отстаивают для удаления остатков ила с последующим насыщением кислородом воздуха осветленной воды для окончательного удаления азота(см. патент RU N 2136614, кл. C 02 F 3/30, 9/00 с приоритетом 04.06.97 г., опубл. 10.09.99 г.).

Недостатком известного способа является сложность его, обусловленная многостадийностью процесса, и, как следствие, сложным его конструктивным оформлением.

Известен аэробно-анаэробный способ очистки бытовых и подающихся биологическому разложению промышленных сточных вод путем аэрации смеси очищаемой воды и суспензии взвешенных веществ, возвращаемых из отстойника, на поверхностях погруженной в воду стационарной загрузки с прикрепленными микроорганизмами; создаваемый циркулирующий водовоздушный поток "омывает" верхнюю и нижнюю поверхности загрузки, способствуя интенсивному окислению органических веществ и сбраживанию их под воздействием биомассы, а оставшиеся в воде взвешенные твердые вещества и частицы биомассы удаляют отстаиванием (см. заявку N 95116354, кл. C 02 F 3/06, фирмы Джет Инк. (US) с приоритетом 01.02.93 г., опубл. 28.07.95 г.).

Недостатком известного способа является недостаточно высокая степень очистки сточных вод.

Известен способ биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявленному, заключающийся в отстаивании, анаэробной обработке, аэробной биологической очистке предварительно осветленных сточных вод аэрацией на объемной, пористой, профилированной загрузке, в процессе которой, в результате насыщения воды кислородом воздуха и создания интенсивной циркуляции в зоне аэрации, происходит окисление органических веществ; после аэрации вода подвергается вторичному отстаиванию с отделением биопленки, возвращаемой на стадию первичного отстаивания, а вода, прошедшая полную биологическую очистку, подвергается доочистке биофильтрацией на загрузке с последующим обеззараживанием (см. патент РФ N 2137720, кл. C 02 F 3/06 с приоритетом 12.02.1999 г., опубл. 20.09.1999 г.).

Недостатком известного способа является длительность процесса - около 85 часов из-за недостаточно эффективного использования анаэробной зоны, лишенной загрузки, одностадийного процесса аэробной обработки (только на загрузке с прикрепленными микроорганизмами) и неудовлетворительного режима циркуляции водовоздушной смеси как в процессе аэробной обработки, так и в процессе доочистки при нисходящем движении воды и недостаточно высокая степень удаления аммонийного азота.

Техническим результатом предлагаемого способа является сокращение длительности процесса при сохранении той же степени очистки по БПК_полн. и взвешенным веществам при одновременном удалении аммонийного азота.

Технический результат достигается тем, что в способе биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод от органических соединений и взвешенных веществ, включающем отстаивание, анаэробную и аэробную обработку с осветлением воды, биологическую доочистку воды на загрузке с прикрепленными микроорганизмами и последующее обеззараживание, отстаивание и анаэробную обработку на загрузке с прикрепленными микроорганизмами в анаэробной зоне с демпфирующим объемом производят одновременно с усреднением расхода сточных вод, аэробную обработку предварительно насыщенной кислородом в зоне аэрации воды, гидравлически сообщенной с зоной взвешенного слоя активного ила, ведут постадийно - перед обработкой в зоне загрузки с прикрепленными микроорганизмами, обработку ведут в зоне взвешенного слоя активного ила с концентрацией его 5 - 6 г/л, возрастом ила 15-30 суток, при нагрузке на пограничный слой ила, равной 0,4 - 0,7 м³/м²час с одновременным осветлением воды на обеих стадиях, перед подачей в зону доочистки осветленную воду насыщают кислородом во второй зоне аэрации, а доочистку ведут на загрузке с прикрепленными микроорганизмами в нисходяще - восходящем потоке.

На чертеже представлена схема способа биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод от органических соединений и взвешенных веществ.

Зона анаэробной обработки 1, инертная волокнистая загрузка 2 вышеозначенной зоны, насос 3, первая зона аэрации 4, зона взвешенного слоя активного ила 5, зона загрузки с прикрепленными микроорганизмами 6, устройство для сбора осветленной воды 7, устройство для перекачивания избыточной биомассы 8, вторая зона аэрации 9, зона доочистки с загрузкой 10, устройство для обеззараживания 11.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходные бытовые или близкие к ним по составу производственные сточные воды с концентрацией по БПК_полн. 120-500 мг/л, взвешенным веществам - 150-400 мг/л и аммонийному азоту - 20-45 мг/л подают в анаэробную зону 1 с демпфирующим объемом, часть которой заполнена инертной волокнистой загрузкой 2. В анаэробной зоне 1 происходит гравитационное разделение примесей с осаждением тяжелых и выделением всплывающих веществ, предварительная биологическая деструкция органических соединений и стабилизация образующегося осадка. В результате пребывания сточных вод в анаэробной зоне 1 в течение 1 суток в осадок переходит в среднем до 60% взвешенных веществ. Фильтрация сточной воды через слой инертной загрузки 2 с прикрепленными микроорганизмами способствует интенсификации процесса биологической деструкции органических загрязнений, что приводит к снижению величины БПК_полн. приблизительно на 25%. Использование загрузки с прикрепленными микроорганизмами обеспечивает стабильность процесса очистки за счет улучшения массообмена.

При отсутствии притока воды и снижении уровня в анаэробной зоне 1 ниже минимума устройство 3 автоматически отключается; при максимальном уровне сточные воды в самотечном режиме переливаются в зону аэрации 4.

Осуществление одновременного усреднения сточных вод за счет демпфирующего объема анаэробной зоны 1 обеспечивает регулирование расхода сточных вод, сглаживая пиковые нагрузки на взвешенный слой активного ила 5 в процессе аэробной обработки, и создавая, тем самым, стабильные гидравлические условия для работы взвешенного слоя активного ила.

Осветленную сточную воду, прошедшую зону анаэробной обработки 1, подвергают аэробной обработке. Для этого устройством 3 ее подают в зону аэрации 4, гидравлически сообщенную с зоной взвешенного слоя активного ила 5, для создания интенсивной циркуляции воды: зона взвешенного слоя активного ила 5 - зона аэрации 4. Насыщенная кислородом в зоне аэрации 4 вода поступает на 1-ую стадию аэробной обработки - в зону взвешенного слоя активного ила 5, в которой происходит интенсивное окисление органических соединений и аммонийного азота.

Во взвешенном слое активного ила концентрация последнего поддерживается равной 4 - 6 г/л. Высокая концентрация биомассы позволяет интенсифицировать процесс биоокисления и уменьшить длительность процесса очистки. При уменьшении концентрации биомассы (меньше 4 г/л) длительность процесса очистки увеличивается, а увеличение концентрации биомассы (более 6 г/л) технологически нецелесообразно.

Высокий возраст активного ила - 15-30 суток обеспечивает благоприятные условия для развития нитрифицирующей микрофлоры, ведущей процесс окисления аммонийного азота. При возрасте ила менее 15 сут процессы нитрификации замедляются. Поддержание возраста ила более 30 суток экономически нецелесообразно.

При гидравлических нагрузках 0,4-0,7 м³/м²час взвешенный слой активного ила стабильно работает, способствуя более интенсивному осветлению сточной воды и, тем самым, сокращению длительности процесса очистки.

Осуществление процесса при меньшей нагрузке экономически нецелесообразно, так как возрастает необходимая площадь поверхности взвешенного слоя активного ила. Нагрузки более 0,7 м³/м²час могут привести к разрушению взвешенного слоя активного ила.

Далее сточная вода поступает на вторую стадию аэробной обработки в зону с инертной загрузкой для иммобилизации микрофлоры 6. В этой зоне продолжаются процессы окисления органических веществ и нитрификации аммонийного азота; в обеих зонах 5 и 6 одновременно идет дополнительное осветление сточной воды, которая устройством для сбора ее 7 подается на доочистку, а избыточная биомасса устройством 8 перекачивается в анаэробную зону 1.

Затем сточная вода насыщается кислородом во второй зоне аэрации 9 и поступает на доочистку в зону загрузки с прикрепленными микроорганизмами 10, где процесс идет в нисходяще-восходящем потоке. Аэрация в совокупности с организацией нисходяще-восходящего потока сточной воды, улучшающего массообмен, создает интенсивную циркуляцию воды в объеме загрузки, что повышает эффективность процесса окисления и, следовательно, сокращает длительность очистки.

Иммобилизованная биомасса работает в режиме глубокой доочистки, обеспечивая нормативное качество очищенной воды.

Очищенная сточная вода подвергается обеззараживанию в соответствующей зоне 11 и выводится из системы.

Очищенная сточная вода имеет концентрацию по взвешенным веществам и БПК_полн. - 3 мг/л, по аммонийному азоту - 0,5-1 мг/л.

Пример 1. Бытовые сточные воды с концентрацией по БПК_полн., взвешенным веществам и аммонийному азоту, соответственно 326, 283 и 34,8 мг/л по самотечному коллектору поступают в анаэробную зону 1, где в результате гравитационного разделения происходит осаждение взвешенных веществ (60% последних переходит в осадок) и выделение всплывающих веществ. Одновременно происходит биологическая деструкция органических загрязнений - БПК_полн. снижается на 25%. Закрепленная на инертной волокнистой загрузке 2 биомасса способствует стабилизации процесса очистки.

При максимальном заполнении анаэробной зоны 1 предварительно осветленная и очищенная на загрузке вода в самотечном режиме переливается в первую зону аэрации 4, гидравлически сообщенную с зоной взвешенного слоя активного ила 5 (1-ой стадией аэробной обработки), где концентрацию ила поддерживают равной 6 г/л для интенсификации процесса биологического окисления; нагрузка на пограничный слой ила составляет 0,6 м³/м²час, а возраст ила - 20 суток, далее сточная вода подается на 2-ую стадию аэробной обработки, в зону инертной загрузки с прикрепленными микроорганизмами 6. Одновременно с очисткой на обеих стадиях аэробной обработки происходит осветление воды; осветленная вода (эффективность очистки по БПК_полн. - 96%) системой сбора осветленной воды 7 подается на доочистку. Образующаяся в процессе аэробной обработки избыточная биомасса устройством 8 один раз в сутки перекачивается в анаэробную зону 1.

Осветленная вода насыщается воздухом во второй зоне аэрации 9 и нисходяще-восходящим потоком проходит через слой инертной загрузки с прикрепленными микроорганизмами 10.

Иммобилизованная биомасса способствует глубокой доочистке, обеспечивая нормативное качество очищенной воды: БПК_полн. - 3 мг/л, аммонийный азот - 1 мг/л.

Эффективность очистки составляет по БПК_полн. - 99,1%, по взвешенным веществам - 98,3%, по аммонийному азоту - 97%.

Очищенную воду подвергают обеззараживанию в соответствующей зоне 11 хлорсодержащими препаратами продленного действия или ультрафиолетовым облучением. Общее количество образующегося осадка составляет 189 г на 1 м³ обрабатываемой воды.

Пример 2. Процесс ведут аналогично примеру 1 при следующей характеристике исходных сточных вод: концентрации по БПК_полн. - 120 мг/л, по взвешенным веществам - 300 мг/л, по аммонийному азоту - 20 мг/л при концентрации ила 4 мг/л; возрасте ила 15 сут и нагрузке на пограничный слой активного ила 0,4 м³м²час.

Очищенная вода имеет показатели:
БПК_полн. 3 мг/л, взвешенные вещества - 3 мг/л, аммонийный азот - 0,7 мг/л.

Эффективность очистки по этим показателям составляет соответственно: 97,5%, 99%, 96,5%. Общее количество образующегося осадка составляет 157 г на 1 м³ обрабатываемой воды.

Только совокупность таких факторов как одновременное отстаивание, анаэробная обработка на загрузке в зоне с демпфирующим объемом и усреднение расхода сточных вод, постадийная аэробная обработка воды, предварительно насыщенной кислородом в первой зоне аэрации, гидравлически сообщенной с зоной взвешенного слоя активного ила, как в этой зоне (1-ая стадия) - при определенных параметрах активного ила, так и в зоне с инертной загрузкой (2-ая стадия), с одновременным осветлением воды на обеих стадиях и последующая доочистка воды, предварительно насыщенной кислородом во второй зоне аэрации на загрузке с прикрепленными микроорганизмами в нисходяще-восходящем потоке обеспечивает сокращение длительности процесса при одновременном удалении из сточных вод аммонийного азота за счет стабилизации и, следовательно, интенсификации очистки в анаэробной зоне на загрузке и во взвешенном слое активного ила (в режиме циркуляции водовоздушного потока между вышеуказанной зоной и зоной аэрации), а также за счет интенсификации массообмена в процессе глубокой доочистки на загрузке при сохранении той же степени очистки, что и в известном способе.

Предложенный способ отличается от известного сокращением длительности процесса с 85 часов в известном способе до 65 часов в заявленном при той же степени очистки по БПК_полн., и взвешенным веществам и повышением степени очистки от аммонийного азот до 0,7 мг/л.

Изобретение относится к области биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод от органических соединений, взвешенных веществ и аммонийного азота в анаэробном и аэробном режимах. Сточные воды отстаивают и подвергают анаэробной обработке на загрузке с прикрепленными микроорганизмами в анаэробной зоне с демпфирующим объемом одновременно с усреднением расхода сточных вод. Аэробную обработку воды, предварительно насыщенной кислородом в зоне аэрации, гидравлически сообщенной с зоной взвешенного слоя активного ила, ведут постадийно - перед обработкой в зоне загрузки с прикрепленными микроорганизмами обработку ведут в зоне взвешенного слоя активного ила с концентрацией его 5 - 6 г/л, возрастом ила 15 - 30 сут при нагрузке на пограничный слой ила, равной 0,4 - 0,7 м³/м²ч, с одновременным осветлением воды на обеих стадиях. Перед подачей в зону доочистки осветленную воду насыщают кислородом во второй зоне аэрации, а доочистку ведут на загрузке с прикрепленными микроорганизмами в нисходяще-восходящем потоке. Технический эффект - сокращение длительности процесса при сохранении той же степени очистки при одновременном удалении аммонийного азота. 1 ил.

Способ биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод от органических соединений и взвешенных веществ, включающий отстаивание, анаэробную и аэробную обработку на загрузке с прикрепленными микроорганизмами с осветлением воды, ее биологическую доочистку на загрузке с прикрепленными микроорганизмами и последующее обеззараживание, отличающийся тем, что отстаивание и анаэробную обработку на загрузке с прикрепленными микроорганизмами в анаэробной зоне с демпфирующим объемом производят одновременно с усреднением расхода сточных вод, аэробную обработку воды, предварительно насыщенной кислородом в зоне аэрации, гидравлически сообщенной с зоной взвешенного слоя активного ила, ведут постадийно - перед обработкой в зоне загрузки с прикрепленными микроорганизмами обработку ведут в зоне взвешенного слоя активного ила с концентрацией его 5-6 г/л, возрастом ила 15-30 сут при нагрузке на пограничный слой ила, равной 0,4-0,7 м³/м²ч, с одновременным осветлением воды на обеих стадиях, перед подачей в зону доочистки осветленную воду насыщают кислородом во второй зоне аэрации, а доочистку ведут на загрузке с прикрепленными микроорганизмами в нисходяще-восходящем потоке.