СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2012 года по МПК C02F9/14 C02F1/24 C02F3/32 C02F3/34 

Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности к способам многостадийной биологической очистки, и может быть использовано для очистки концентрированных по органическим загрязнениям хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод.

Известны многочисленные способы очистки сточных вод, включающие многоступенчатую анаэробно-аэробную обработку с использованием как прикрепленной, так и находящейся во взвешенном состоянии микрофлоры.

Известен способ глубокой биологической очистки сточных вод от азота аммонийных солей в установке, разделенной на четыре последовательно чередующиеся анаэробные и аэробные зоны, согласно которому 60% исходной сточной воды направляют в первую анаэробную зону, 40% в третью анаэробную зону, а возвратный активный ил после отстаивания рециркулируют в первую и третью зоны в соотношении 100% и 100% соответственно от объема поступающих на очистку сточных вод /Патент РФ №2185338, C02F 3/30, 2002 г./.

Недостатками этого способа являются ограниченные функциональные возможности, поскольку он направлен на очистку сточных вод от азота аммонийных солей и не способствует удалению фосфатов, а также значительный объем сооружений, на которых он реализован.

Известен метод многостадийной очистки сточных вод, согласно которому на первой стадии сточную воду аэрируют, на второй - подвергают промежуточному осветлению, на третьей стадии - окончательному аэрированию, а на четвертой стадии - дополнительному осаждению, при этом все стадии очистки ведут в одном бассейне, разделенном перегородками на соответствующие зоны, перегородки выполнены с возможностью перемещения с целью изменения объемов зон. Способ дополнительно включает стадию фильтрования /Патент РФ 2121981, C02F 3/00, 1998 г./.

Недостатками этого метода являются невысокая степень очистки сточных вод, что приводит к необходимости использования дополнительной стадии фильтрования, а также сложность конструктивного исполнения, обусловленная наличием подвижных перегородок с выпускными отверстиями.

Известен способ глубокой биологической очистки сточных вод в установке, разделенной на четыре последовательно соединенные зоны с использованием анаэробных и аэробных условий с последующим разделением активного ила и очищенной воды путем отстаивания и отводом активного ила и очищенной воды, при этом очистку сточных вод в первых двух зонах установки ведут в анаэробных условиях при перемешивании с использованием микрофлоры, прикрепленной на инертный загрузочный материал, армированный металлом, в условиях отсутствия растворенного кислорода в первой зоне и концентрации растворенного кислорода во второй зоне, не превышающей 1,0 мг/л, очистку в третьей и четвертой зонах ведут в аэробных условиях, при этом очистку в третьей зоне ведут с использованием микрофлоры, прикрепленной на инертный загрузочный материал, при концентрации растворенного кислорода 2-3 мг/л, а очистку в четвертой зоне ведут с использованием свободноплавающей микрофлоры при поддержании избыточного количества растворенного кислорода более 4,0 мг/л, очищенную воду после отстаивания делят на два потока, один из которых в количестве не менее 50% от общего количества очищенной воды направляют в первую зону, а второй направляют на доочистку в аэробных условиях с использованием микрофлоры, прикрепленной на инертный загрузочный материал /Патент РФ 2225368, C02F 3/30, 2004 г./.

Недостатком известного способа является использование на нескольких стадиях обработки иммобилизованной на инертном загрузочном материале микрофлоры, что существенно удорожает процесс за счет необходимости периодической регенерации загрузки.

Технический результат, полученный от использования предложенного способа, заключается в повышении степени очистки сточных вод от органических соединений, взвешенных веществ, а также биогенных соединений азота и фосфора до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для водоемов рыбохозяйственного назначения, а также сокращении времени обработки и объемов образующихся осадков.

Технический результат достигается за счет того, что в способе очистки сточных вод исходную сточную воду подвергают предварительной механической очистке с извлечением крупнодисперсных и мелкодисперсных механических примесей, очищенную от механических примесей сточную воду подвергают анаэробной обработке при содержании растворенного кислорода не более 1 мг/л с последующими аэробной обработкой с использованием свободноплавающего активного ила с концентрацией 4-6 г/л при содержании растворенного кислорода 2-4 мг/л и промежуточным отстаиванием, образовавшуюся в процессе промежуточного отстаивания водно-иловую смесь подвергают флотации в присутствии биореагента, содержащего культуры бактерий Zoogloea и водорослей рода Chlorella, иммобилизованные на металлическом носителе, с последующим окончательным отстаиванием, после окончательного отстаивания очищенную воду направляют на обеззараживание, осадок после промежуточного и окончательного отстаивания, содержащий активный ил, рециркулируют на анаэробную обработку, а избыточный активный ил подвергают аэробной стабилизации с последующим механическим обезвоживанием, при этом анаэробную и аэробную обработку, флотацию, а также промежуточное и окончательное отстаивание и аэробную стабилизацию ведут в единой блочно-модульной конструкции, снабженной системами аэрации, эрлифтов и рециркуляции.

На чертеже представлена технологическая схема предлагаемой очистки сточных вод, где 1 - канализационная насосоная станция, 2 - подача исходной воды на очистку, 3 - механическая решетка, 4 - усреднитель-накопитель, 5 - песколовка, 6 - зона анаэробной обработки, 7 - зона аэробной обработки, 8 - промежуточный отстойник, 9 - флотатор с биореагентом 10, 11 - окончательный отстойник, 12 - блок биологической очистки, 13 - устройство для обеззараживания, 14 - осадок, содержащий активный ил, 15 - рециркуляционный активный ил, 16 - избыточный активный ил, 17 - аэробный стабилизатор, 18 - устройство для механического обезвоживания осадков.

Способ осуществляют следующим образом.

Из канализационной насосной станции 1 исходную сточную воду подают 2 на механическую решетку 3, где задерживаются крупнодисперсные механические примеси. Очищенную от крупнодисперсных примесей сточную воду аккумулируют в усреднителе-накопителе 4 для усреднения расхода сточной воды, подаваемой на биологическую очистку. Из усреднителя-накопителя 4 сточную воду подают в песколовку 5, где производят ее очистку от мелкодисперсных механических примесей, а затем в зону анаэробной обработки 6 блока биологической очистки 12. В зоне анаэробной обработки 6 сточную воду, очищенную от песка и крупнодисперсных плавающих примесей, смешивают с рециркуляционным активным илом 15 при содержании растворенного кислорода не более 1 мг/л. В присутствии гетеротрофных микроорганизмов происходит частичное восстановление окисленных форм азота, частичное окисление углеродной составляющей органических веществ и частичное потребление фосфатов. Из зоны анаэробной обработки 6 очищаемую воду подают в зону аэробной обработки 7, в которой используют свободноплавающий активный ил с концентрацией 4-6 г/л при содержании растворенного кислорода 2-4 мг/л. В зоне аэробной обработки 7 происходит рост биомассы активного ила и формируется избирательный видовой состав автотрофных микроорганизмов, при этом происходит практически полное окисление аммонийного азота, а также окисление оставшейся части органического азота. Очищенную последовательно в анаэробных и аэробных условиях воду с использованием гетеротрофных и автотрофных микроорганизмов соответственно отделяют в промежуточном отстойнике 8 от активного ила. Водно-иловую смесь подают во флотатор 9, снабженный биореагентом 10, представляющим собой металлический носитель, на котором иммобилизованы культуры бактерий Zoogloea и водорослей рода Chlorella. Во флотаторе 9 в присутствии биореагента 10 происходит удаление фосфатов. Культура бактерий Zoogloea является бактериальным компонентом биореагента 10, а культура водорослей рода Chlorella является микроводорослевым компонентом биореагента 10. Иммобилизация обоих компонентов на металлическом носителе позволяет получить двухкомпонентный биореагент для удаления фосфатов.

Водно-иловую смесь, освобожденную от фосфатов, направляют на окончательное отстаивание в отстойник 11, откуда очищенную воду направляют на обеззараживание ультрафиолетом 13, а осевший активный ил вместе с активным илом после промежуточного отстаивания 14 рециркулируют 15 на анаэробную обработку, избыточный активный ил 16 подвергают анаэробной стабилизации 17, а затем подают на механическое обезвоживание 18. На установку для механического обезвоживания осадков могут подавать также механические примеси с предварительной механической очистки.

Анаэробную и аэробную обработку, флотацию, а также промежуточное и окончательное отстаивание и аэробную стабилизацию ведут в единой блочно-модульной конструкции 12, снабженной системами аэрации, эрлифтов и рециркуляции. Использование блока биологической очистки 12 обеспечивает реализацию предложенного способа очистки сточных вод в едином блочном модуле за счет конструктивного совмещения всех стадий процесса, что делает очистные сооружения более компактными и менее сложными в управлении. В зависимости от климатических условий блок биологической очистки может устанавливаться в производственном помещении, на открытой площадке, при необходимости, с укрытием облегченной конструкции.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Хозяйственно-бытовые сточные воды с расходом 400 м³/сут или 16,6 м³/ч, содержащие 213 мг/л взвешенных веществ, 124 мг/л органических веществ, 23 мг/л азота аммонийного, 10 мг/л фосфатов направляют на очистку по предложенной технологии со следующими параметрами на каждой стадии очистки:

- механическая очистка на решетках с прозорами 6 мм проходит за счет задержания крупнодисперсных механических примесей. Содержание взвешенных веществ после решеток составило 174 мг/л, эффективность очистки на данной стадии 18,3%;

- механическая очистка от мелкодисперсных примесей на песколовках. Содержание взвешенных веществ составило после песколовок 64 мг/л, эффективность очистки на данной стадии составила 36,7%;

- биологическая очистка с чередованием анаэробных и аэробных условий свободноплавающим илом с содержанием его 4,8 г/л в течение 4,5 часов. Эффективность очистки составила от органических веществ 98%, от азота аммонийного 98,6%.

Состав биологически очищенных сточных вод:

органические вещества 2,9 мг/л, азот аммонийный 0,3 мг/л, фосфаты 3,2 мг/л.

Водно-иловую смесь с концентрацией активного ила 4,8 г/л направляют на осветление в течение 2,5 часов с последующей флотацией в присутствии биореагента, содержащего культуры бактерий Zoogloea и водорослей рода Chlorella, иммобилизованные на металлическом носителе, и окончательным осветлением для исключения выноса взвешенных веществ с очищенными сточными водами.

Состав очищенных и осветленных сточных вод: содержание органических веществ по показателю БПК₅ 2,23 мгO₂/л, взвешенных веществ 4,3 мг/л, азот аммонийный 0,3 мг/л, фосфатов 0,2 мг/л, нитритов 0,02 мг/л, нитратов 9,1 мг/л, что соответствует установленным нормативам при сбросе их в водоем рыбохозяйственного назначения.

В сточных водах, очищенных с применением высокой дозы свободноплавающего ила, практически отсутствуют бактериальные загрязнения. Очищенные сточные воды направляют на обеззараживание методом УФ-облучения, однако, дозы и интенсивность облучения минимальные.

Пример 2.

Сточные воды от дачного поселка с расходом 100 м³/сут или 4,16 м³/ч, содержащие 119 мг/л взвешенных веществ, 78 мг О₂/л органических веществ, 12 мг/л азота аммонийного, 4,2 мг/л фосфатов направляют на очистку по предложенной технологии со следующими параметрами на каждой стадии очистки:

- механическая очистка на решетках с прозорами 6 мм проходит за счет задержания крупнодисперсных механических примесей. Содержание взвешенных веществ после решеток составило 104 мг/л, эффективность очистки на данной стадии 12,6%;

- механическая очистка от мелкодисперсных примесей на песколовках. Содержание взвешенных веществ составило после песколовок 49 мг/л, эффективность очистки на данной стадии составила 52,8%;

- биологическая очистка с чередованием анаэробных и аэробных условий свободноплавающим илом с содержанием его 5,6 г/л в течение 3,5 часов, промежуточным отстаиванием, биологической доочисткой с использованием биореагента, содержащего культуры бактерий Zoogloea и водорослей рода Chlorella, иммобилизованные на металлическом носителе, и окончательной флотационной очисткой с отведением очищенных вод и осадка.

Эффективность очистки составила от органических веществ 97,8%, от азота аммонийного 97,5%.

Состав очищенных сточных вод:

органические вещества 2,4 мгО₂/л, азот аммонийный 0,3 мг/л, фосфаты 0,2 мг/л.

Водно-иловую смесь с концентрацией активного ила 5,6 г/л направляют на осветление в течение 2,5 часов с применением промежуточного отстаивания, флотационную доочистку в присутствии биореагента, содержащего культуры бактерий Zoogloea и водорослей рода Chlorella, иммобилизованные на металлическом носителе, для очистки от фосфатов и окончательное отстаивание.

Состав очищенных и осветленных сточных вод: содержание органических веществ по показателю БПК₅ 2,2 мгО₂/л, взвешенных веществ 3 мг/л, азота аммонийного 0,3 мг/л, фосфатов 0,2 мг/л, нитритов 0,02 мг/л, нитратов 9,1 мг/л, что соответствует установленным нормативам при сбросе их в водоем рыбохозяйственного назначения. В сточных водах, очищенных с применением высокой дозы свободноплавающего ила, практически отсутствуют бактериальные загрязнения. Очищенные сточные воды направляются на обеззараживание методом УФ-облучения, однако, дозы и интенсивность облучения минимальные.

Преимущества предложенного способа очистки сточных вод:

- высокая эффективность очистки и устойчивость к изменениям состава, концентрации загрязнений, температуры стока;

- компактность сооружений на базе процесса биологической очистки с использованием биореагента;

- надежность технологического процесса и оборудования;

- снижение более чем в 10 раз, или, в отдельных случаях, полное исключение избыточного ила в зависимости от состава поступающих на очистку сточных вод;

- низкая энергоемкость за счет исключения первичного отстаивания сточных вод на стадии механической очистки и дополнительных систем глубокой доочистки на окончательной стадии с применением загрузочных материалов и систем их промывки;

- достижение установленных нормативов к сбросу очищенных сточных вод в поверхностные водоемы рыбохозяйственного назначения.

Таким образом, предложенный способ очистки сточных вод позволяет повысить степень очистки сточных вод от органических соединений, взвешенных веществ, а также биогенных соединений азота и фосфора до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для водоемов рыбохозяйственного назначения, а также сократить время обработки и объемы образующихся осадков.

Изобретение может быть использовано для очистки концентрированных по органическим загрязнениям хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод. Для осуществления способа предварительно проводят механическую очистку исходной сточной воды с извлечением дисперсных механических примесей. Полученную воду подвергают анаэробной обработке при содержании растворенного кислорода не более 1 мг/л с последующей аэробной обработкой с использованием свободноплавающего активного ила с концентрацией 4-6 г/л при содержании растворенного кислорода 2-4 мг/л. После промежуточного отстаивания образовавшуюся водно-иловую смесь подвергают флотации в присутствии биореагента, содержащего культуры бактерий Zoogloea и водорослей рода Chlorella, иммобилизованных на металлическом носителе, с последующим окончательным отстаиванием. Полученную очищенную воду направляют на обеззараживание, осадок после промежуточного и окончательного отстаивания, содержащий активный ил, рециркулируют на анаэробную обработку. Избыточный активный ил подвергают аэробной стабилизации с последующим механическим обезвоживанием. Способ осуществляют в единой блочно-модульной конструкции, снабженной системами аэрации, эрлифтов и рециркуляции. Изобретение позволяет сократить время обработки и объемов образующихся осадков, повысить степень очистки сточных вод от загрязняющих веществ до ПДК, установленных для водоемов рыбохозяйственного назначения. 1 ил.

Способ очистки сточных вод, характеризующийся тем, что исходную сточную воду подвергают предварительной механической очистке с извлечением крупнодисперсных и мелкодисперсных механических примесей, очищенную от механических примесей сточную воду подвергают анаэробной обработке при содержании растворенного кислорода не более 1 мг/л с последующими аэробной обработкой с использованием свободноплавающего активного ила с концентрацией 4-6 г/л при содержании растворенного кислорода 2-4 мг/л и промежуточным отстаиванием, образовавшуюся в процессе промежуточного отстаивания водно-иловую смесь подвергают флотации в присутствии биореагента, содержащего культуры бактерий Zoogloea и водорослей рода Chlorella, иммобилизованные на металлическом носителе, с последующим окончательным отстаиванием, после окончательного отстаивания очищенную воду направляют на обеззараживание, осадок после промежуточного и окончательного отстаивания, содержащий активный ил, рециркулируют на анаэробную обработку, а избыточный активный ил подвергают аэробной стабилизации с последующим механическим обезвоживанием, при этом анаэробную и аэробную обработку, флотацию, а также промежуточное и окончательное отстаивание и аэробную стабилизацию ведут в единой блочно-модульной конструкции, снабженной системами аэрации, эрлифтов и рециркуляции.