СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2008 года по МПК C02F3/00 C02F3/02 

Предлагаемое изобретение относится к области утилизации жидких отходов, в частности к очистке сточных высококонцентрированных сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье.

Известен способ очистки сточных вод спиртового производства физико-химическими методами (см. патент РФ№2151172, 2000 г). Здесь предусматривается очистка загрязненных сточных вод спиртового производства с удалением взвешенных, коллоидных и растворенных минеральных и органических примесей с использованием коагуляции, обратного осмоса и отдувки горячим воздухом. Однако данный способ имеет ряд недостатков: применение коагулянтов незначительно снижает показатель БПК, ограничена производительность при использовании обратноосмотических мембран, значительно усложнен процесс эксплуатации вооружений, повышена энергоемкость процесса очистки и, как следствие, повышены затраты на капиталовложения и эксплуатационные расходы. Установлено, что органические примеси, содержащиеся в высококонцентрированных сточных водах, возможно удалять с использованием обратноосмотических мембран с диаметром пор не более 10-15·10^-10 м. В настоящее время органическое загрязнение сточных вод, особенно при производстве спирта, настолько велико, что особое внимание уделяется высокоэффективным способам очистки сточных вод в условиях экстремальных нагрузок на систему очистки.

Наиболее близкой, по сути, является технология очистки сточных вод, внедренная на Струсовском спиртоводочном комбинате для очистки сточных вод завода, перерабатывающего зерно (см. книга Технология спирта, авторы Мариниченко В.А., Смирнов В.А. и др. Москва, 1981 г., стр.404-406), включающая механическую очистку сточных вод с последующей биологической очисткой в аэротенке. На этом предприятии стоки первой категории - теплообменные воды - направляют в пруд, а затем в реку. Производственно-загрязненные стоки второй категории собирают в расположенном на территории завода приемном колодце, из которого они самотеком поступают в очистные сооружения. Смесь всех грязных стоков имеет следующие физико-химические показатели: рН 7,6-7,8, прозрачность 2 см, запах 3 балла, концентрация взвешенных веществ 300-400 мг/л, БПК 250-680 мг /л, ХПК 340-850 мг О₂/л.

Технологическая схема предусматривает механическую и одноступенчатую биологическую очистку сточных вод. Грубые механические примеси отделяют на решетке, затем последовательно сточные воды поступают в песколовушку и первичный отстойник для выделения песка и грубых органических примесей. Осадок из песколовушки периодически удаляют на песковую площадку для высушивания.

Для предотвращения роста нитчатых бактерий и вызванного этим вспухания активного ила стоки направляют в предаэратор, в который возвращают избыточный активный ил из вторичного отстойника, и срочные воды в течение 20 мин аэрируют воздухом. При этом происходят флокуляция и адсорбция активным илом тонкодисперсных примесей, которые выделяют в отстойнике.

Осадок из отстойников периодически удаляют на иловую площадку. Осветленная жидкость поступает в буферный сборник, предназначенный для стабилизации количества стоков, направляемых в аэротенк, где сточные воды подвергают биологической очистке активным илом. Концентрация активного ила поддерживается 3-3,5 г/л. Эффект биологической очистки 96% по взвешенным веществам и 95% по БПК₅.

Очищенные стоки поступают во вторичный отстойник, рассчитанный на пребывание в нем жидкости в течение 2,5 часов. Из иловых камер отстойника активный ил удаляют с помощью эрлифта и подают в предаэратор и аэротенк.

Далее воду смешивают в смесителе с хлорной водой и направляют в контактный резервуар, где вода обеззараживается хлором. После выдержки в этом аппарате в течение 30 мин очищенную воду сбрасывают в реку.

Обработанная по такой технологической схеме вода имеет следующие показатели: рН 7,8-8,0, прозрачность 30 см, без запаха, концентрация взвешенных веществ 5-20 мг/л, БПК₅ 8-20 мг О₂/л, ХПК 35-40 мг О₂/л.

Анализ данного метода показывает, что он является достаточно эффективным применительно только к сточным водам, показатели качества которых не превышают вышеозначенных. Однако использование такого метода очистки применительно к высококонцентрированным сточным водам с показателями БПК более 4000 мг О₂/л и ХПК более 7000 мг О₂/л спиртовых заводов, ожидаемого эффекта очистки не даст.

Техническая задача - создание способа биологической очистки сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье с использованием двухступенчатой аэробной схемы и переработкой образовавшихся отходов в кормовую продукцию.

Технический результат - повышение эффективности очистки сточных вод спиртовых заводов, а также значительное снижение количества органических загрязнений, поступающих в поверхностные водные объекты со сточными водами пищевой промышленности.

Он достигается тем, что сточную воду, содержащую большое количество органических загрязнений, подвергали первичному отстаиванию для удаления взвешенных веществ, подавали в аэротенк I ступени, где ее аэрировали в течение 0,72 суток, и поддерживали дозу активного ила 4,1 г/л; затем подавали в отстойник для удаления части активного ила. Далее воду подавали в аэротенк II ступени, где ее аэрировали в течение 1,13 суток и поддерживали дозу активного ила 2,8 г/л; затем воду подавали в отстойник для удаления активного ила

Одним из главных показателей степени вредности сточных вод, сбрасываемых в водоемы, является потребность в кислороде на окисление содержащихся в них органических веществ. При большом количестве стоков, сбрасываемых в водоем с малым дебитом воды, эти соединения окисляются кислородом воздуха. Все это оказывает негативное влияние на кислородный баланс водного объекта, и, в целом, ухудшает качество водных ресурсов.

Пример 1 конкретного осуществления способа.

Сточные воды спиртового завода подавали в модельную установку двухступенчатой биологической очистки с предварительным отстаиванием. Экспериментальная установка состояла из моделей аэротенков с пневматической аэрацией объемом до 10 л и моделей илоотделителей в виде вертикальных отстойников. Дополнительная аэрация сточных вод способствовала не только окислению сточных вод, но и их биологической очистке, так как в результате этого интенсифицируется жизнедеятельность аэробных микроорганизмов, разлагающих органические соединения.

Подача воды и циркуляция активного ила в системе осуществлялась при помощи многоканального насоса-дозатора. Модель установки представляла собой технологическую схему двухступенчатой очистки сточных вод. Каждая ступень имела свой илоотделитель, поэтому на всех ступенях, работавших в проточных условиях, формировался свой биоценоз микроорганизмов активного ила, наиболее приспособленный к поступающим загрязнениям и использующий для своей жизнедеятельности многокомпонентный субстрат. Это существенно интенсифицировало процесс биологической очистки. Видовой состав микроорганизмов активного ила определялся качественным и количественным составом органических загрязнений сточных вод.

Процесс очистки сточных вод контролировался по БПК₅ исходной и очищенной воды, дозе ила, зольности ила, концентрации растворенного кислорода, иловому индексу. Рассматриваемые параметры определялись по стандартным методикам.

Качество исходного стока имело следующие показатели: БПК 4500 мг/л, ХПК 9800 мг/л, взвешенные вещества 180 мг/л.

Рассматриваемый вариант очистки характеризовался следующими особенностями. Объемы первой и второй ступеней очистки составляли соотвественно 8,6 и 13,6 л, время аэрации 0,72 суток и 1,13 суток, концентрация активного ила в аэротенках поддерживалась в среднем 4,1 г/л и 2,8 г/л. Расход сточных вод на модельной установке оставался постоянным и составлял 0,012 м³/сут.

Указанный режим очистки позволил достичь следующих результатов. После первой ступени биологической очистки БПК сточных вод снизилось на 70%, ХПК на 60%. На выходе основные показатели БПК и ХПК имели значения 45 мг О₂/л и 180 мг О₂/л соответственно. Другие показатели качества сточных вод, такие как азотистые соединения, не превышали предельно допустимых значений.

Полученные данные свидетельствовали о возможности сброса стока в городскую канализацию для последующей доочистки и сброса в водный объект.

Пример 2

Сточные воды спиртового завода поступали в модельную установку двухступенчатой биологической очистки с предварительным отстаиванием. Экспериментальная установка состояла из моделей аэротенков с пневматической аэрацией объемом до 10 л и моделей илоотделителей в виде вертикальных отстойников. Дополнительная аэрация сточных вод способствовала не только окислению сточных вод, но и их биологической очистке, так как в результате этого интенсифицируется жизнедеятельность аэробных микроорганизмов, разлагающих органические соединения.

Подача воды и циркуляция активного ила в системе осуществлялась при помощи многоканального насоса-дозатора. Модель установки представляла собой технологическую схему двухступенчатой очистки сточных вод. Каждая ступень имела свой илоотделитель, поэтому на всех ступенях, работавших в проточных условиях, формировался свой биоценоз микроорганизмов активного ила, наиболее приспособленный к поступающим загрязнениям и использующий для своей жизнедеятельности многокомпонентный субстрат. Это существенно интенсифицировало процесс биологической очистки. Видовой состав микроорганизмов активного ила определялся качественным и количественным составом органических загрязнений сточных вод.

Процесс очистки сточных вод контролировался по БПК₅ исходной и очищенной воды, дозе ила, зольности ила, концентрации растворенного кислорода, иловому индексу. Рассматриваемые параметры определялись по стандартным методикам.

Качество исходного стока имело следующие показатели: БПК 4500 мг/л, ХПК 9800 мг/л, взвешенные вещества 180 мг/л.

Рассматриваемый вариант очистки характеризовался следующими особенностями. Объемы первой и второй ступеней очистки составляли соответственно 13,6 и 8,6 л, время аэрации 1,13 суток и 0,72 суток, концентрация активного ила в аэротенках поддерживалась в среднем 4 г/л и 2,6 г/л. Расход сточных вод на модельной установке оставался постоянным и составлял 0,012 м³/сут.

Указанный режим очистки позволил достичь следующих результатов. После первой ступени биологической очистки БПК сточных вод снизилось на 90%, ХПК на 80%. На выходе основные показатели БПК и ХПК имели значения 21 мг О₂/л и 90 мг О₂/л соответственно. Другие показатели качества сточных вод, такие как азотистые соединения, не превышали предельно допустимых значений.

Полученные данные свидетельствовали о возможности сброса стока в водный объект без последующей доочистки.

Известно, что процессы биологической очистки концентрированных сточных вод пищевых предприятий наиболее достоверно описываются уравнениями ферментативных реакций. Полученные экспериментальные данные позволяют проанализировать процесс двухступенчатой биологической очистки сточных вод спиртовых заводов в условиях отсутствия лимитирования процесса кислородом.

Для рассмотренных примеров были рассчитаны константы уравнений ферментативных реакций. Расчет констант производился на основании анализа данных двух схем очистки. Полученные константы К_м и V_max составляют 132 мг/л и 50 мг/г час для первой ступени и 14,7 мг/л и 29,67 мг/г час для второй ступени соответственно.

Полученные значения позволяют оптимизировать процесс очистки сточных вод данного производства. В процессе исследований выявлены оптимальные режимы очистки, а именно время пребывания сточных вод на первой и второй ступени, составляющее 29,37 час и 6,86 час соответственно. Просчитаны объемы сооружений для реализации схемы. Выявлена возможность использования избыточного активного ила в кормовых целях.

Эксперимент проводился на ОАО «Астраханский спиртзавод».

Анализ полученных экспериментальным путем показателей и рассчитанные оптимизационные параметры процесса очистки показывают, что двухступенчатая очистка высококонцентрированных сточных вод является наиболее простым и менее капиталоемким способом биологической очистки сточных вод, содержащих большое количество органических загрязнений.

Изобретение относится к области утилизации жидких отходов, в частности к очистке высококонцентрированных сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье. Сточную воду, содержащую большое количество органических загрязнений, подвергают первичному отстаиванию для удаления взвешенных веществ, очищают в аэротенке I ступени, где сточную воду аэрируют в течение 0,72 суток и при этом поддерживают дозу активного ила в количестве 4,1 г/л. Затем сточную воду подают в отстойник, где удаляют часть активного ила. Далее сточную воду аналогично очищают в аэротенке II ступени, где сточную воду аэрируют в течение 1,13 суток и поддерживают дозу активного ила 2,8 г/л. После этого сточную воду подают в отстойник для удаления активного ила. Технический результат: повышение эффективности очистки сточных вод спиртовых заводов, а также значительное снижение количества органических загрязнений, поступающих в поверхностные водные объекты со сточными водами пищевой промышленности.

Способ очистки сточных вод, включающий механическую очистку сточных вод с последующей биологической очисткой в аэротенке, отличающийся тем, что сточную воду, содержащую большое количество органических загрязнений, подвергают первичному отстаиванию для удаления взвешенных веществ, очищают в аэротенке I ступени, где сточную воду аэрируют в течение 0,72 сут и при этом поддерживают дозу активного ила в количестве 4,1 г/л, затем подают сточную воду в отстойник, где удаляют часть активного ила, затем сточную воду аналогично очищают в аэротенке II ступени, где сточную воду аэрируют в течение 1,13 сут и поддерживают дозу активного ила 2,8 г/л, после чего сточную воду подают в отстойник для удаления активного ила.