СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ, ГОРОДСКИХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2007 года по МПК C02F3/00 C02F101/16 C02F101/30 

Изобретение относится к области биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора.

Известен аэробно-анаэробный способ очистки сточных вод от органических соединений путем их аэрации в закрытом реакторе при постоянном перемешивании, повторной аэрации в следующем аэробном реакторе при периодическом перемешивании, последующей обработке воды в анаэробных условиях и ее нитрификации (патент США №5861095, МПК C 02 F 3/30, публикация 1999 г.).

Недостатком известного способа является его сложность и повышенные энергозатраты при осуществлении способа вследствие необходимости постоянного перемешивания.

Известен также способ глубокой биологической очистки сточных вод, реализуемый в контейнерной установке (патент РФ №2220918, МПК C 02 F 3/30, публикация 2004 г.) и включающий обработку воды последовательно в анаэробном и аэробном биореакторах, при этом в анаэробном биореакторе воду пропускают через последовательно расположенные аэрационную, анаэробную и аноксидную, заполненную загрузкой для прикрепленной микрофлоры, зоны, а образующуюся смесь активного ила отстаивают в отстойнике и посредством эрлифта направляют в аэрационную зону анаэробного биореактора и/или в аэробный биореактор.

Недостатком известного способ очистки является длительность и недостаточная интенсивность процесса очистки.

Известен способ аэробной глубокой биологической очистки сточных вод, при котором сточные воды подают в биорезервуар с прикрепленной, а также с находящейся во взвешенном состоянии биомассой, при этом производится регулирование вводимого кислорода и, соответственно, поддержание наличия зон с разнородной по содержанию кислорода средой, причем вблизи поверхности дна биорезервуара образуется аэробная зона, а вблизи его дна формируется обедненная кислородом зона, между которыми имеется одна или несколько переходных зон (патент РФ №2170217, МПК C 02 F 3/30, публикация 2001 г.).

К недостаткам известного способа относится сложность управления процессом поддержания наличия зон с разнородной по содержанию кислорода средой.

Известен способ очистки сточных вод, при котором сточные воды последовательно пропускают через зоны аэробного биологического окисления, промежуточного осаждения, бескислородную зону, аэробную смесительную зону и зону окончательного осаждения, где разделяют очищенные сточные воды и активный ил, при этом часть активного ила подают в бескислородную анаэробную зону, куда также добавляют летучую кислоту для выделения фосфата, а часть ила и сточных вод рециркулируют из бескислородной анаэробной зоны в бескислородную (патент РФ №2148033, МПК C 02 F 3/30, публикация 2000 г.).

К недостатком известного способа относится необходимость добавления летучей кислоты для выделения фосфатов.

Задачей настоящего изобретения является сокращение сроков для проведения очистки сточных вод и повышение эффективности очистки путем интенсификации биологических процессов в аэротенке.

Еще одной задачей изобретения является обеспечение возможности эффективной очистки сточных вод с различным содержанием органических загрязнений.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Способ биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора включает подачу сточной воды в аэротенк коридорного типа и обработку воды активным илом в образованных по всей длине аэротенка, по меньшей мере, по одной анаэробной, аноксидной и аэробной зонах, отделение активного ила и его рециркуляцию. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка размещают загрузку для иммобилизации микроорганизмов. Загрузка размещается в виде блоков плоскостной загрузки, каждый из которых образован из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка осуществляют перемешивание иловой смеси посредством ее крупнопузырчатой аэрации таким образом, чтобы обеспечить циркуляцию иловой смеси через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/сек. В аэробной зоне осуществляют мелкопузырчатую аэрацию иловой смеси.

Крупнопузырчатую аэрацию иловой смеси осуществляют придонными перфорированными аэраторами.

Мелкопузырчатую аэрацию иловой смеси осуществляют придонными пористыми аэраторами.

Концентрация растворенного кислорода в иловой смеси, обеспечиваемая объемом блоков плоскостной загрузки и скоростью потока иловой смеси через загрузку, не превышает 0,05 мг/л для аноксидной зоны и 0,03 мг/л для анаэробной зоны.

Интенсивность аэрации, создаваемой в аноксидной и анаэробной зонах придонными перфорированными аэраторами, принята из условия поддержания активного ила во взвешенном состоянии и находится в пределах 2-2,5 м³/час воздуха на 1 м² площади поверхности аэротенка.

Интенсивность аэрации, создаваемой в аэробной зоне придонными пористыми аэраторами, выбирают из условия обеспечения концентрации растворенного кислорода в аэробной зоне не менее 2 мг/л.

В процессе обработки воды в аэротенке осуществляют рециркуляцию иловой смеси из аэробной зоны в аноксидную зону высокопроизводительным эрлифтом с коэффициентом рециркуляции 0,5-5.

Количество и порядок расположения отдельных зон по всей длине аэротенка варьируют в зависимости от конкретных свойств подаваемых на очистку сточных вод.

В частном варианте исполнения способа его осуществляют последовательно в образованных в аэротенке анаэробной, аноксидной и аэробной зонах, а возвратный ил подают на вход первой анаэробной зоны.

В другом частном варианте исполнения способа его осуществляют последовательно в образованных в аэротенке первой аноксидной зоне, анаэробной зоне, первой аэробной зоне, второй аноксидной зоне и второй аэробной зоне, при этом сточную воду подают на входы аноксидных и аэробной зон, а возвратный ил подают на вход первой аноксидной зоны.

В другом частном варианте исполнения его осуществляют последовательно в образованных в аэротенке первой аэробной зоне, аноксидной зоне, анаэробной зоне и второй аэробной зоне, при этом сточную воду подают на входы первой аэробной, аноксидной и анаэробной зон, а возвратный ил подают на вход первой аэробной зоны.

Еще в одном частном варианте исполнения его осуществляют последовательно в образованных в аэротенке первой аноксидной зоне, анаэробной зоне, второй аноксидной зоне, первой аэробной зоне, второй аэробной зоне, при этом сточную воду подают на входы аноксидных и анаэробной зон, иловую смесь рециркулируют с выхода первой аэробной зоны на вход второй аноксидной зоны, а возвратный ил подают на вход первой аноксидной зоны.

Дополнительно в последней зоне аэротенка (аэробной зоне) могут быть размещены блоки плоскостной загрузки, образованные из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м, и в этом случае в этой зоне аэротенка осуществляют перемешивание иловой смеси посредством ее крупнопузырчатой аэрации таким образом, чтобы обеспечить циркуляцию иловой смеси через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/сек.

Листы блоков плоскостной загрузки изготовляют из стойкого полимерного материала.

Блоки плоскостной загрузки имеют удельную поверхность 40-150 м²/м³.

Способ поясняется технологическими схемами очистки сточных вод, представленными на фиг.1-4.

Схема включает трубопровод 1 подачи сточной воды, аэротенк коридорного типа 2, содержащий анаэробную 3, аноксидную 4 и аэробную 5 зоны. В анаэробной 3 и аноксидной 4 зонах размещены блоки плоскостной загрузки 6, выполненные в виде вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м из стойкого полимерного материала.

Крупнопузырчатая аэрация иловой смеси в анаэробной и аноксидной зонах осуществляется придонными перфорированными аэраторами 7, располагаемыми в стороне от проекции блоков плоскостной загрузки на дно аэротенка, а мелкопузырчатая аэрация иловой смеси в аэробной зоне осуществляется придонными пористыми аэраторами 8. Воздух к аэраторам подводится по трубопроводу 9. Циркуляцию иловой смеси осуществляют путем подачи ее из аэробной зоны 5 в аноксидную зону 4 посредством эрлифта 10 и трубопровода 11. Активный ил из вторичного отстойника 12 рециркулируют посредством трубопровода 13.

Предложенный способ очистки осуществляют следующим образом.

Сточная вода по трубопроводу 1 поступает в аэротенк и проходит в заданной последовательности анаэробную 3, аноксидную 4 и аэробную 5 зоны.

Количество, размеры и порядок расположения зон можно варьировать и адаптировать к конкретному процессу очистки сточных вод.

Бескислородные условия в анаэробной и аноксидной зонах создают путем осуществления перемешивания воздухом, подаваемым перфорированными аэраторами, и организации в этих зонах циркуляционного потока иловой смеси, при этом поток иловой смеси проходит через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/сек.

Расположение блоков плоскостной загрузки 6, выполненных в виде вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м из полимерного материала, и назначенная скорость циркуляции через них иловой смеси обеспечивают оптимальный гидродинамический режим для развития и функционирования биопленки.

Проходя сверху вниз через блоки плоскостной загрузки, иловая смесь быстро теряет остаточный кислород и нитраты. В результате не только в биопленке, но и в объеме между элементами загрузки создаются анаэробные условия с высоким содержанием ацетата. Это стимулирует развитие фосфорных бактерий, которые в анаэробных условиях быстро поглощают ацетат и синтезируют из него внутриклеточный РНВ (поли-β-гидроксибутират), используя для этого энергию гидролиза клеточных полифосфатов до ортофосфатов (ортофосфаты выделяются фосфорными бактериями в среду, т.е. идет вторичное загрязнение сточной воды фосфатами).

В аноксидной и анаэробной зонах за счет низкоинтенсивной (минимально допустимая интенсивность аэрации, при которой активный ил поддерживается во взвешенном состоянии, находится в пределах 2-2,5 м³/час воздуха на 1 м² площади поверхности аэротенка) крупнопузырчатой (диаметр пузырей воздуха больше 6-8 мм) аэрации пористыми аэраторами создаются практически бескислородные условия (концентрация растворенного кислорода всего 0,05 мг/л). Во всем объеме зоны протекает денитрификация (биовосстановление нитратов до молекулярного азота) активным илом. Кроме того, интенсивно идет денитрификация в поверхностном слое биопленки, куда проникают нитраты. В глубине биопленки создаются анаэробные условия и интенсивно протекает кислотное сбраживание органических веществ с образованием, главным образом, ацетата.

Размещение в аноксидной и анаэробной зонах блоков плоскостной загрузки, изготовленных из чередующихся плоских и гофрированных листов из стойкого полимерного материала, позволяет интенсифицировать и стабилизировать процесс биологической очистки за счет увеличения общей концентрации биомассы (активного ила и биопленок) и более высокой устойчивости микроорганизмов биопленок к колебаниям расхода и загрязненности сточных вод.

Плоскостная загрузка позволяет создать анаэробные условия (нет кислорода и нитратов) даже при аэрации иловой смеси перфорированными аэраторами, т.е. без применения дорогостоящих мешалок. Кроме того, создаются условия для развития на поверхности загрузки специфического микробного ценоза, что увеличивается скорость денитрификации и биологической дефосфотации.

Попадая затем с потоком иловой смеси в аэробную зону аэротенка, фосфорные бактерии быстро потребляют из сточной воды фосфаты, которыми запасаются внутри клеток в виде полифосфатов (этим и достигается дополнительная очистка сточной воды от фосфатов). Одновременно идет аэробный рост и размножение фосфорных бактерий, синтезирующих биомассу с использованием в качестве источника углерода РНВ, накопленного в анаэробных условиях.

Используемые для осуществления способа очистки сточных вод пористые аэраторы «Креал», размещаемые в аэробной зоне, описаны в патенте на ПМ №32487. Пористый аэратор выполняется в виде трубы, образованной из стеклоткани, пропитанной композицией из термореактивных смол с последующей ее полимеризацией и имеющей упорядоченную микропористую структуру с заданным расстоянием между порами. Пористые аэраторы создают мелкопузырчатую (диаметр пузырей воздуха не превышает 4 мм) аэрацию с высокой эффективностью массопередачи кислорода из воздуха в воду, что обеспечивает необходимое насыщение воды кислородом (интенсивность аэрации, создаваемой в аэробной зоне придонными пористыми аэраторами, обеспечивает концентрацию растворенного кислорода в аэробной зоне не менее 2 мг/л).

Перфорированные аэраторы используются как перемешивающие устройства для поддержания активного ила во взвешенном состоянии и для создания аноксидной и анаэробной зон, необходимых для удаления нитратов в процессе денитрификации. Они изготавливаются из тех же материалов и имеют те же размеры, что и пористые трубчатые аэраторы, но стенки перфорированных аэраторов непроницаемы для воздуха и содержат отверстия диаметром не менее 3 мм. Эффективность массопередачи кислорода в 3-3,5 раза ниже, чем для пористых аэраторов. При низкой интенсивности аэрации (2-2,5 м³/ч воздуха на 1 м² площади поверхности аэротенка) это позволяет создавать практически бескислородные условия (CO<0,05 мг О₂/л), необходимые для реализации эффективной очистки от азота и фосфора.

Размещение аэраторов производится в составе аэрирующих модулей, которые располагаются в несколько рядов с интервалом до 1,1 м, образуя широкую аэрируемую полосу, отвечающую ширине аэрируемого сооружения, что дополнительно повышает эффективность использования кислорода аэрирующего воздуха и позволяет поддерживать активный ил во взвешенном состоянии даже при низкой интенсивности аэрации (до 2-2,5 м³/ч воздуха на 1 м² площади поверхности аэротенка).

Использование эффективных аэраторов с широкой аэрирующей полосой в аэробной зоне ведет к увеличению скорости биоокисления органических веществ и аммонийного азота вследствие повышения концентрации растворенного кислорода, а за счет рассредоточенной подачи сточной воды происходит увеличение дозы активного ила.

Образованная таким образом система аэрации делает возможным создание в аэротенке аэробных, аноксидных и анаэробных зон с помощью двух типов аэраторов «Креал» и различной интенсивности аэрации.

На этой основе разработаны и внедряются технологии очистки сточных вод от азота и фосфора (технологии нитриденитрификации и биологической дефосфотации) при одновременном сокращении расхода воздуха на аэрацию.

Преимуществом предложенного способа является интенсификация процесса биологической очистки сточных вод, повышение эффективности очистки и сокращение сроков проведения очистки сточных вод.

Изобретение относится к области биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора. Способ включает подачу сточной воды в аэротенк коридорного типа и обработку воды активным илом в образованных по всей длине аэротенка, по меньшей мере, по одной анаэробной, аноксидной и аэробной зонах, отделение активного ила и его рециркуляцию. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка размещают загрузку для иммобилизации микроорганизмов в виде блоков плоскостной загрузки, каждый из которых образован из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка осуществляют перемешивание иловой смеси посредством ее крупнопузырчатой аэрации таким образом, чтобы обеспечить циркуляцию иловой смеси через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/сек. В аэробной зоне осуществляют мелкопузырчатую аэрацию иловой смеси придонными пористыми аэраторами. Крупнопузырчатую аэрацию иловой смеси в анаэробной и аноксидной зонах осуществляют придонными перфорированными аэраторами. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, включающий подачу сточной воды в аэротенк коридорного типа и обработку воды активным илом в образованных по всей длине аэротенка, по меньшей мере, по одной анаэробной, аноксидной и аэробной зонах, отделение активного ила и его рециркуляцию, причем в анаэробной и аноксидной зонах аэротенка размещают загрузку для иммобилизации микроорганизмов, отличающийся тем, что загрузку в анаэробной и аноксидной зонах размещают в виде блоков плоскостной загрузки, каждый из которых образован из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м, и осуществляют в этих зонах аэротенка перемешивание иловой смеси посредством ее крупнопузырчатой аэрации таким образом, чтобы обеспечить циркуляцию иловой смеси через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/с, при этом в аэробной зоне осуществляют мелкопузырчатую аэрацию иловой смеси.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что крупнопузырчатую аэрацию иловой смеси осуществляют придонными перфорированными аэраторами.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что мелкопузырчатую аэрацию иловой смеси осуществляют придонными пористыми аэраторами.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация растворенного кислорода в иловой смеси, обеспечиваемая объемом блоков плоскостной загрузки и скоростью потока иловой смеси через загрузку, не превышает 0,05 мг/л для аноксидной зоны и 0,03 мг/л для анаэробной зоны.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность аэрации, создаваемой в аноксидной и анаэробной зонах придонными перфорированными аэраторами, принята из условия поддержания активного ила во взвешенном состоянии и находится в пределах 2-2,5 м³/ч воздуха на 1 м² площади поверхности аэротенка.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность аэрации, создаваемой в аэробной зоне придонными пористыми аэраторами, выбирают из условия обеспечения концентрации растворенного кислорода в аэробной зоне не менее 2 мг/л.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют рециркуляцию иловой смеси из аэробной зоны в аноксидную зону высокопроизводительным эрлифтом с коэффициентом рециркуляции 0,5-5.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку воды активным илом осуществляют последовательно в образованных в аэротенке анаэробной, аноксидной и аэробной зонах, а возвратный ил подают на вход первой анаэробной зоны.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку воды активным илом осуществляют последовательно в образованных в аэротенке первой аноксидной зоне, анаэробной зоне, первой аэробной зоне, второй аноксидной зоне и второй аэробной зоне, при этом сточную воду подают на входы аноксидных и аэробной зон, а возвратный ил подают на вход первой аноксидной зоны.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку воды активным илом осуществляют последовательно в образованных в аэротенке первой аэробной зоне, аноксидной зоне, анаэробной зоне и второй аэробной зоне, при этом сточную воду подают на входы первой аэробной, аноксидной и анаэробной зон, а возвратный ил подают на вход первой аэробной зоны.11. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку воды активным илом осуществляют последовательно в образованных в аэротенке первой аноксидной зоне, анаэробной зоне, второй аноксидной зоне, первой аэробной зоне, второй аэробной зоне, при этом сточную воду подают на входы аноксидных и анаэробной зон, иловую смесь рециркулируют с выхода первой аэробной зоны на вход второй аноксидной зоны, а возвратный ил подают на вход первой аноксидной зоны.12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что дополнительно в последней аэробной зоне аэротенка размещают блоки плоскостной загрузки, образованные из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м и осуществляют в этой зоне аэротенка перемешивание иловой смеси посредством ее крупнопузырчатой аэрации таким образом, чтобы обеспечить циркуляцию иловой смеси через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/с.13. Способ по п.1, отличающийся тем, что листы блоков плоскостной загрузки изготовляют из стойкого полимерного материала.14. Способ по п.1, отличающийся тем, что блоки плоскостной загрузки имеют удельную поверхность 40-150 м²/м³.