СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА И ФОСФОРА Российский патент 2012 года по МПК C02F3/30 C02F101/16 C02F103/04 

Изобретение относится к способам биологической очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве городов, поселков и промышленных предприятий при очистке сточных вод от органических загрязнений, азота и фосфора.

Известен способ биологической очистки сточных вод, который включает механическую очистку сточных вод в первичном отстойнике, после которой сточные воды подают в биоактиватор с микрофлорой, в котором поддерживают наличие зон с разнородной по содержанию кислорода средой путем регулируемого ввода кислорода, и далее смесь сточных вод с активным илом поступает во вторичный отстойник для разделения на очищенную сточную воду и активный ил, который постоянно возвращают в начало биоактиватора. Сырой осадок после первичного отстойника рециркулируют на вход первичного отстойника для создания условий осуществления процесса гидролиза и гетероацетогенного процесса непосредственно в первичном отстойнике. Во вторичном отстойнике создают зоны с разнородной по содержанию кислорода средой путем регулирования скорости рециркуляции активного ила из вторичного отстойника на вход биоактиватора (см. патент РФ №2296110, МПК C02F 3/30).

Недостатком известного способа является узкая область применения, т.к. не на всех станциях имеется возможность устройства постоянного регулирования скорости рециркуляции активного ила из вторичного отстойника на вход биоактиватора. Последнее объясняется тем, что, как правило, активный ил из вторичных отстойников удаляется по технологической схеме, предусматривающей самотечное (под гидростатическим напором) его поступление из донных частей вторичных отстойников в сборный резервуар, откуда осуществляется рециркуляция активного ила регулируемыми насосными установками. Поскольку длины самотечных линий от вторичных отстойников до сборного резервуара разные, то непрерывное изменение производительности регулируемых насосных установок не приведет к равномерному отбору активного ила из вторичных отстойников.

Наиболее близким аналогом к настоящему изобретению является способ биологического удаления фосфора из сточных вод. Он включает последовательное выдерживание сообщества микроорганизмов, очищающих сточные воды от органических и минеральных примесей, в анаэробных, аноксидных и аэробных условиях в емкостных сооружениях с интенсивным массообменном, создаваемым с помощью, соответственно, мешалок, насосов и барботажа воздухом. Возвратный активный ил из вторичных отстойников смешивают с потоком исходной сточной воды, прошедшим решетки и песколовки, смесь подвергают флотационной обработке, после чего флотоконцентрат выдерживают в течение не менее получаса в анаэробных биореакторах при непрерывном перемешивании, а осветленную жидкость с иловой водой подают в денитрификатор вместе с циркуляционным потоком иловой смеси с выхода нитрификатора и анаэробнообработанным флотоконцентратом, далее иловую смесь из денитрификатора направляют в нитрификатор, где подвергают перемешиванию барботажем воздуха, при этом прирастающую в аэробных условиях нитрификатора биомассу избыточного активного ила подвергают флотационной обработке на флотаторах, флотоконцентрат избыточного активного ила обезвоживают до кека и подвергают биокомпостированию в аэробных условиях без потери фосфора в смеси с опилками до получения обогащенного фосфором биогумуса.

Недостатками известного способа является следующее.

1. Низкие технологические показатели надежности, поскольку способ не предусматривает возможности регулирования степени очистки воды по азоту и фосфору. Последнее объясняется тем, что высокие степени очистки воды по этим показателям не всегда совместимы в рамках одной технологии. Например, при изменении (до определенных пределов) объемов удаления на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного ила степени очистки воды по азоту и фосфору изменяются в противоположных направлениях - одна увеличивается, а другая уменьшается.

2. Узкая область применения, т.к. он рассчитан на преимущественное удаление из сточных вод только фосфора в ущерб эффективности удаления другого биогенного элемента - азота. Последнее объясняется тем, что в зону денитрификатора подается вода после флотационной обработки, т.е. с остаточным содержанием растворенного кислорода, который будет ингибировать процесс денитрификации.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование описанного выше способа с целью повышения технологических показателей надежности и расширения области применения.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем последовательное выдерживание сообщества микроорганизмов, очищающих сточные воды от органических и минеральных примесей, в анаэробных, аноксидных и аэробных условиях в емкостных сооружениях с интенсивным массообменном, создаваемым с помощью соответственно мешалок и барботажа воздухом, возврат активного ила из вторичных отстойников, подачу в денитрификатор (аноксидные условия) циркуляционного потока иловой смеси с выхода нитрификатора (аэробные условия), удаление на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного ила, в соответствии с предлагаемым изобретением в процессе эксплуатации выполняют следующие операции:

а) фиксируют, по меньшей мере, расход Qви,i возврата активного ила из вторичных отстойников и расход Qци,i циркуляционного потока иловой смеси в денитрификатор с выхода нитрификатора, где i -номер режима фиксации, i=1, 2, 3, …, n1, где n1 - любое число;

б) разбивают диапазон возможных расходов Qии удаления на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного ила на n2 интервалов, где n2=3, 4, 5 …, n2, где n2 - любое число;

в) в текущем режиме фиксации i опробуют режимы биологического удаления азота и фосфора из сточных вод в одной точке каждого из n2 интервалов возможных расходов Qии, определяют суточный расход сточных вод Qi,j, поступающих на очистку, концентрацию С_БПКi,j загрязнений в исходной воде по биохимической потребности в кислороде, концентрации загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i,j, среднюю концентрацию ила в емкостных i сооружениях Xi,j, где j=1, 2, 3 …, n2, k=1, 2, 3 …, n3, где n3 - количество контролируемых ингредиентов;

г) в текущем режиме фиксации i в опробованных точках каждого из n2 интервалов возможных расходов Qии вычисляют нагрузку на ил N_БПКi,j=Qi,j*C_БПКi,j/(V*Xi,j), где V - объем емкостных сооружений;

д) в текущем режиме фиксации i в одних координатных осях строят графики зависимостей концентраций загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i,j от нагрузки на ил N_БПКi,j;

е) по построенным на этапе д) зависимостям осуществляют поиск диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp. При этом, если этот диапазон не обнаружен, то изменяют и фиксируют, по меньшей мере, расход возврата активного ила из вторичных отстойников на новом уровне Qви,i+1 и/или расход в денитрификатор циркуляционного потока иловой смеси с выхода нитрификатора на новом уровне Qци,i+1, последовательность операций с (б) по (е) повторяют до обнаружения диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp, или применяют системы дополнительной очистки по ингредиентам m, для которых диапазон рабочей нагрузки на ил, обеспечивающий требуемую степень очистки по указанным ингредиентам, не обнаружен или находится за пределами диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min1 до N_БПК,_max1, при которой достигается требуемая степень очистки воды по большинству контролируемых ингредиентов, где m∈1, 2, 3 …, n3;

ж) в дальнейшем осуществляют биологическое удаление азота и фосфора из сточных вод в диапазоне рабочих нагрузок на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max или от N_БПК,_min1 до N_БПК,_maxl.

Возможен вариант развития, когда исследование различных режимов биологического удаления азота и фосфора из сточных вод осуществляют на компьютерной модели.

Возможен вариант развития, когда в качестве контролируемых концентраций загрязнений принимают концентрацию C_NH4 загрязнений в очищенной воде по азоту аммонийному, по азоту нитратов C_NO3, по фосфатам C_PO4.

Возможен вариант развития, когда в качестве контролируемых концентраций загрязнений принимают концентрацию загрязнений в очищенной воде по общему азоту C_Nобщ, по общему фосфору C_Pобщ.

Возможен вариант развития, когда на этапе е) осуществляют поиск диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max, при которой по всем контролируемым ингредиентам достигается следующая степень очистки воды Ck,mp/Kz, где Kz - коэффициент технологического запаса, Kz>1.

Возможен вариант развития, когда в качестве систем дополнительной очистки по фосфатам C_PO4 и общему фосфору С_Pобщ принимают обработку химическими реагентами.

Отличительными признаками заявляемого способа является следующее.

1. Фиксация в процессе эксплуатации, по меньшей мере, расхода Qви,i возврата активного ила из вторичных отстойников и расхода Qци,i циркуляционного потока иловой смеси в денитрификатор с выхода нитрификатора, где i - номер режима фиксации, i=1, 2, 3, …, n1, где n1 - любое число (известно).

2. Разбивка диапазона возможных расходов Qии удаления на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного ила на n2 интервалов, где n2 - любое число (не известно).

3. Установка количества интервалов n2=3, 4, 5 …, n2, где n2 - любое число (не известно).

4. Опробование режимов биологического удаления азота и фосфора из сточных вод в одной точке каждого из n2 интервалов возможных расходов Qии (не известно).

5. Определение в одной точке каждого из n2 интервалов возможных расходов Qии расхода сточных вод Qi,j, поступающих на очистку, концентрацию С_БПКi,j загрязнений в исходной воде по биохимической потребности в кислороде, концентрации загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i,j, среднюю концентрацию ила в емкостных i сооружениях Xi,j, где j=1, 2, 3…, n2, k=1, 2, 3 …, n3, где n3 - количество контролируемых ингредиентов (не известно).

6. Вычисление в текущем режиме фиксации i в опробованных точках нагрузки на ил N_БПКi,j=Qi,j*С_БПКi,j/(V*Xi,j), где V - объем емкостных сооружений (не известно).

7. Построение в текущем режиме фиксации i в одних координатных осях графиков зависимостей концентраций загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i,j от нагрузки на ил N_БПКi,j (не известно).

8. Определение по построенной зависимости диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp (не известно).

9. Изменение и фиксация, по меньшей мере, расхода возврата активного ила из вторичных отстойников на новом уровне Qви,i+1 и/или расхода в денитрификатор циркуляционного потока иловой смеси с выхода нитрификатора на новом уровне Q_ци,i+1 (не известно).

10. Повторение последовательности операций с (б) по (е) до обнаружения диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,min до N_БПK,max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp, или диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min1 до N_БПК,_max1, при которой достигается требуемая степень очистки воды для большинства контролируемых ингредиентов (не известно).

11. Осуществление биологического удаления азота и фосфора из сточных вод при рабочей нагрузке на ил от N_БПК,min до N_БПК,max или от N_БПК,min1 до N_БПК,max1, определенным по построенной зависимости (не известно).

12. Исследование на компьютерной модели различных режимов биологического удаления из сточных вод азота и фосфора, отличающихся между собой только объемами удаления на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного ила (не известно).

13. Принятие в качестве контролируемых концентраций загрязнений концентрации C_NH4 загрязнений в очищенной воде по азоту аммонийному, по азоту нитратов C_NO3, по фосфатам C_PO4 (известно).

14. Принятие в качестве контролируемых концентраций загрязнений концентраций по общему азоту C_Nобщ и по общему фосфору С_Робщ (известно).

15. Поиск диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max, при которой по всем контролируемым ингредиентам достигается следующая степень очистки воды Ck,mp,/Kz, где Kz - коэффициент технологического запаса, Kz>1 (не известно).

16. Применение систем дополнительной очистки по ингредиентам m, для которых диапазон рабочей нагрузки на ил, обеспечивающий требуемую степень очистки по указанным ингредиентам, не обнаружен или находится за пределами диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,min1 до N_БПК,_max1, при которой достигается требуемая степень очистки воды по большинству контролируемых ингредиентов (не известно).

17. Применение в качестве систем дополнительной очистки по фосфатам C_PO4 и общему фосфору С_Робщ систем обработки химическими реагентами (известно).

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки 2-12, 15-16 не известны, а остальные - известны. Однако совместное их применение в заявляемом способе позволяет получить два положительных и два новых эффекта.

Первый положительный эффект заключается в том, что повышаются технологические показатели надежности, поскольку способ предусматривает возможность регулировать степень очистки воды по азоту и фосфору. Последнее достигается благодаря тому, что по построенной экспериментальной зависимости концентраций загрязнений в очищенной воде по указанным показателям от комплексного показателя - нагрузки на ил N_БПК появляется возможность определения диапазона рабочей нагрузки на ил, при которой достигается приемлемый компромисс между степенью очистки воды по азоту и фосфору.

Второй положительный эффект заключается в том, что расширяется область применения способа, т.к. в нем устранено предпочтение в повышении степени очистки сточных вод от фосфора в ущерб эффективности очистки от азота. Последнее достигается тем, что в зоне денитрификатора снижается концентрация кислорода, т.к. исключается подача в него воды после флотационной обработки.

Первый новый эффект заключается в том, что сокращается продолжительность наладки сооружений для очистки сточных вод поскольку с применением компьютерной модели появляется возможность оперативно определять искомый диапазон рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max. Последнее достигается тем, что в отличие от реальных очистных сооружений, где после изменения объема удаления на обработку избыточного активного ила наступает переходный процесс продолжительностью до недели, при применении компьютерной модели построение графиков и определение рабочей нагрузки на ил не требует задержек по времени. Указанный новый эффект достигается благодаря не только наличию отличительного признака №12, но и остальных, поскольку не все зависимости можно реализовать на компьютерной модели. Указанные можно.

Второй новый эффект заключается в том, что повышаются вероятностные показатели надежности, поскольку способ предусматривает резерв по степени очистки воды, т.к. обеспечивает более низкую концентрацию загрязнений в очищенной воде - Ck,mp,/Kz, где Kz - коэффициент технологического запаса.

Таким образом, заявляемый способ отвечает критерию "изобретательский уровень".

Графический материал, иллюстрирующий предлагаемый способ, представлен на следующих фигурах:

фиг.1 - блок-схема системы, в которой может быть использован способ согласно изобретению;

фиг.2, 3 - примеры используемой при реализации способа зависимости концентраций загрязнений в очищенной воде по азоту аммонийному C_NH4, по азоту нитратов C_NO3, по фосфатам C_PO4 от нагрузки на ил N_БПК.

На фиг.1 в качестве примера схематично показана одна из возможных технологий очистки сточных вод от органических загрязнений, соединений азота и фосфора. Это технология Кэмптаунского университета. Изобретением допускается применение и других технологий очистки с применением емкостных сооружений с активным илом. Технологическая схема содержит емкостные сооружения 1, в которых при помощи мешалок 2 созданы зона 3 анаэробных условий и зона 4 аноксидных условий (денитрификатор), а при помощи системы 5 барботажа воздухом зона 6 аэробных условий (нитрификатор). В емкостные сооружения 1 по трубопроводу исходной воды 7 подаются сточные воды, поступающие на очистку, а по трубопроводу иловой смеси 8 смесь исходной воды и активного ила отводится на вторичные отстойники 9. Очищенная вода по трубопроводу 10 очищенной воды отводится на дальнейшую обработку или сбрасывается в водоем. Подача в денитрификатор (аноксидные условия) циркуляционного потока иловой смеси с выхода нитрификатора (аэробные условия) осуществляется по трубопроводу 11 нитратного рецикла, а возврат активного ила из вторичных отстойников 10 - по трубопроводу возвратного ила 12. Изобретением допускается применение и других рециркуляционных потоков, например рецикла ила в аноксидную зону 3 и зоны денитрификатора 4 по трубопроводу 13 денитрифицированного ила. Удаление на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного ила осуществляется по трубопроводу 14 избыточного ила.

В табл.2 и 3 представлены количественные результаты применения предлагаемого способа на примере очистных сооружений, схема которых представлена на фиг.1.

Способом предусмотрено выполнение следующих операций:

а) фиксация, по меньшей мере, расхода Qви,i возврата активного ила из вторичных отстойников по трубопроводу возвратного ила 12 и расхода Qци,i циркуляционного потока иловой смеси в денитрификатор с выхода нитрификатора по трубопроводу 11 нитратного рецикла;

б) разбивка диапазона возможных расходов Qии удаления на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного, отводимого по трубопроводу 14 избыточного ила, на n2 интервалов, n2=3, 4, 5 …, n2, где n2 - любое число;

в) опробование в текущем i-ом режиме фиксации режимов биологического удаления азота и фосфора из сточных вод в одной точке каждого из n2 интервалов возможных расходов Qии с определением:

- суточного расхода сточных вод Qi,j, поступающих на очистку по трубопроводу исходной воды 7;

- концентрацию С_БПКi,j загрязнений в исходной воде по биохимической потребности в кислороде;

- концентрации загрязнений в очищенной воде (в трубопроводе 10 очищенной воды) по контролируемым ингредиентам Ck,i,j. В зависимости от вида водоисточника, куда сбрасываются очищенные сточные воды, в качестве контролируемых концентраций загрязнений могут быть приняты либо концентрации C_NH4 загрязнений в очищенной воде по азоту аммонийному, по азоту нитратов C_NO3, по фосфатам C_PO4 либо концентраций загрязнений по общему азоту С_Nобщ и по общему фосфору С_Робщ;

- среднюю концентрацию Xi,j ила в емкостных сооружениях 1

(для ускорения процесса опробование режимов биологического удаления азота и фосфора из сточных вод осуществляют компьютерное моделирование);

г) вычисление в текущем i-ом режиме фиксации в опробованных точках каждого из n2 интервалов возможных расходов Qии нагрузку на ил N_БПКi,j=Qi,j/(V*Xi,j);

д) построение в текущем i-ом режиме фиксации в одних координатных осях графиков зависимостей концентраций загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i от нагрузки на ил N_БПКi,j, см. фиг.2, 3;

е) поиск по построенным на этапе д) зависимостям диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp. Если этот диапазон не обнаружен, то изменяют и фиксируют, по меньшей мере, расход возврата активного ила из вторичных отстойников на новом уровне Qви,i+1 и/или расход в денитрификатор циркуляционного потока иловой смеси с выхода нитрификатора на новом уровне Qци,i+1. После этого последовательность операций с (б) по (е) повторяют до обнаружения диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp.Если в результате искомый диапазон не обнаружен, то определяют диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,min1 до N_БПК,_max1 при которой достигается требуемая степень очистки воды по большинству контролируемых ингредиентов Ck,mp. Для остальных ингредиентов применяют системы дополнительной очистки. Например, в качестве систем дополнительной очистки по фосфатам C_PO4 и общему фосфору С_Робщ принимают обработку химическими реагентами. Кроме того, для повышения вероятностных показателей надежности очистки сточных вод предусматривают резерв по степени очистки воды путем обеспечения более низкой концентрации загрязнений в очищенной воде - Ck,mp/Kz;

ж) осуществление в дальнейшем биологического удаления азота и фосфора из сточных вод в диапазоне рабочих нагрузок на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max .

Соответствующий изобретению способ работает следующим образом.

В качестве примера рассматриваем работу очистных сооружений по технологической схеме, представленной на фиг.1 с параметрами, представленными в таблице 1.

В соответствии с настоящим изобретением выполняют следующие операции:

а) фиксируют i=1:

- расход Qви,1 возврата активного ила из вторичных отстойников на уровне Qви,1=10000 м³/ч;

- расхода Qци,1 циркуляционного потока иловой смеси в денитрификатор с выхода нитрификатора на уровне Qци,1=10000 м³/ч;

б) разбивают диапазон возможных расходов Qии удаления на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного, отводимого по трубопроводу 14 избыточного ила, на 9 интервалов (в соответствии с изобретением более 3-х, т.к. графики зависимостей концентраций загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i от нагрузки на ил N_БПКi,j имеют вогнутый или выпуклый вид). Диапазон возможных расходов Qии определяется с учетом возможностей на каждой станции очистки сточных вод. Его границы, как правило, определяются производственными мощностями систем по переработке избыточного ила. В качестве примера определяем этот диапазон в интервале от 26 до 237 м³/ч;

в) в текущем режиме фиксации i опробуют режимы биологического удаления азота и фосфора из сточных вод в одной точке (максимальной) каждого из 9 интервалов возможных расходов Qии и определяют:

- суточный расход сточных вод Qi,j, поступающих на очистку;

- концентрацию C_БПКi,j загрязнений в исходной воде по биохимической потребности в кислороде;

- концентрации загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i,j (в данном случае это азот аммонийный C_NH4,i,j, азот нитратов C_NO3,i,j, фосфаты C_PO4,i,j);

- среднюю концентрацию ила в емкостных сооружениях Xi,j

(результаты этого этапа представлены в табл.2);

г) в текущем режиме фиксации i в опробованных точках каждого из 9 интервалов возможных расходов Qии вычисляют нагрузку на ил N_БПКi,j=Qi,j*C_БПКi,j(V*Xi,j)

(результаты расчета заносят в таблицу, см. табл.2);

д) в текущем режиме фиксации i в одних координатных осях строят графики зависимостей концентраций загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i,j от нагрузки на ил N_БПКi,j, см. фиг.2. Здесь: 1 - график изменения концентрации азота нитратов C_NO3,1,j; 2 - график изменения концентрации фосфатов C_PO4,1,j; 3 - график изменения концентрации азота аммонийного C_NH4,1,j; 4 - допустимая концентрация загрязнений в очищенной воде по азоту нитратов с учетом коэффициента технологического запаса C_NO3,mp,Kz=C_NO3,mp/Kz=8/1,1=7,27 мг/л; 5 - то же, по азоту аммонийному C_NH4,mp/Kz=C_NH4,mp/Kz=1,2/1,1=1,09 мг/л; 6 - то же, по фосфатам C_PO4,mp,Kz=C_PO4,mp/Kz=0,4/1,1=0,36 мг/л;

е) по построенным на этапе д) зависимостям осуществляют поиск диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,min до N_БПК,_max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp. На фиг.2 представлены результаты такого поиска. Из него видно, что в диапазоне нагрузки на ил А достигается требуемая степень очистки воды по азоту нитратов C_NO3,i,j, в диапазоне В - по азоту аммонийному C_NH4,i,j, в диапазоне С - по фосфатам C_PO4,i,j. При этом три указанных диапазона не имеют общего пересечения, т.е. при i=1 решения не существует. По этой причине, например, изменяют и фиксируют, расход в денитрификатор циркуляционного потока иловой смеси с выхода нитрификатора на новом уровне Qци,2=14000 м³/ч, последовательность операций с (б) по (е) повторяют до обнаружения диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,_min до N_БПК,_max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp. Результаты выполнения этапа в) представлены в табл.3, а этапа е) - на фиг.3. Из фиг.3 видно, что в диапазоне нагрузки на ил D достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp. Поэтому в дальнейшем осуществляют биологическое удаление азота и фосфора из сточных вод в диапазоне рабочих нагрузок на ил от N_БПК,min до N_БПК,max.

Из фиг.3 видно, что при увеличении коэффициента технологического запаса Kz, расходов сточных вод и т.п. возможны варианты, когда, несмотря на применяемые меры, три указанных диапазона не будут иметь общего пересечения, т.е. будет иметь место ситуация, представленная на фиг.2. Тогда, определяют диапазон рабочей нагрузки на ил Е от N_БПК,min1 до N_БПК,max1 при которой достигается требуемая степень очистки воды по большинству контролируемых ингредиентов (азоту аммонийному C_NH4, азоту нитратов C_NO3), а для обеспечения требуемой степени очистки по фосфатам C_PO4 принимают обработку химическими реагентами. При этом изобретением допускается их дозирование в любую точку емкостных сооружений и за их пределами.

Таблица 1 № п/п Наименование параметра Значение параметра 1 Средний суточный расход сточных вод Qi,j, поступающих на очистку, м³/сутки 240000 2 Средние концентрации загрязнений в исходной воде, мг/л:
по биохимической потребности в кислороде С_БПК i,j 140 по азоту аммонийному C_NH4 20 по азоту нитратов C_NO3 0,6 по фосфатам C_PO4 2,4 3 Объем V емкостных сооружений, м³,
в т.ч.: 80740   анаэробная зона 16183   аноксидная зона 24077   аэробная зона 40523 4 Расход денитрифицированного ила, м³/ч 6973 5 Расход Qви,i возврата активного ила из вторичных отстойников, м³/ч Переменный, фиксируемый на этапе а) 6 Расход Qци,i циркуляционного потока иловой смеси в денитрификатор с выхода нитрификатора, м³/ч Переменный, фиксируемый на этапе а) 7 Расход Qии удаления на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного, м³/ч Переменный, в интервале от 26,3 до 236,8 8 Требуемые концентрации загрязнений в очищенной воде, мг/л:     по азоту аммонийному C_NH4 1,2   по азоту нитратов C_NO3 8   по фосфатам C_PO4 0,4 9 Коэффициент технологического запаса, Kz 1,1

Таблица 2 j Q_1,j, м³/сут C_{БПК 1,j}, мг/л Qии, м³/ч C_NO3, _1,j, мг/л C_NH4, _1,j мг/л C_PO4, _1,j, мг/л Х_1,j, г/л N_БПК, _1,j, г БПК/(г ила сут) 1 240000 115 26 8,86 0,07 1,5 5,56 0,061 2 241000 110 53 8,56 0,07 0,6 3,94 0,083 3 239000 118 79 8,24 0,09 0,2 3,35 0,104 4 240500 115 105 7,82 0,12 0,1 2,76 0,124 5 238500 120 132 7,45 0,18 0,5 2,47 0,143 6 240000 115 158 7,22 0,32 1,2 2,08 0,164 7 241100 117 184 7,03 0,6 1,6 1,91 0,183 8 240050 113 211 6,81 1,03 1,8 1,68 0,200 9 240070 116 237 6,51 1,7 1,9 1,61 0,214

Таблица 3 j Q_2,j, м³/сут C_{БПК 2,j},
мг/л Qии, м³/ч C_NO3, _2,j, мг/л C_NH4, _2,j мг/л C_PO4, _2,j, мг/л Х_2,j, г/л N_БПК, _2,j, г БПК/(г ила сут) 1 238000 115 26 8,36 0,07 1,6 5,43 0,062 2 241500 111 53 8,09 0,07 0,7 3,94 0,084 3 239100 114 79 7,78 0,09 0,3 3,21 0,105 4 240600 116 105 7,31 0,14 0,2 2,77 0,125 5 239500 122 132 6,78 0,23 0,6 2,52 0,143 6 240100 116 158 6,42 0,41 1,2 2,10 0,164 7 242100 118 184 6,2 0,75 1,6 1,92 0,184 8 240080 112 211 5,98 1,22 1,8 1,66 0,200 9 241060 115 237 5,7 1,92 1,9 1,58 0,217

Изобретение может быть использовано в коммунальном хозяйстве городов, поселков и промышленных предприятий при биологической очистке бытовых и сточных вод. Способ включает последовательное выдерживание сообщества микроорганизмов, очищающих сточные воды от органических и минеральных примесей, в анаэробных, аноксидных и аэробных условиях. Выполняют следующие операции: фиксируют расход возврата активного ила из вторичных отстойников и расход циркуляционного потока иловой смеси в денитрификатор с выхода нитрификатора; разбивают диапазон возможных расходов удаления избыточного активного ила на конечное число интервалов и в каждом из них вычисляют нагрузку на ил; строят графики зависимостей концентраций загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам от нагрузки на ил; по построенным зависимостям осуществляют поиск диапазона рабочей нагрузки на ил, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам; осуществляют биологическое удаление азота и фосфора из сточных вод в диапазоне определенных рабочих нагрузок на ил. Изобретение обеспечивает усовершенствование биологического способа очистки от соединений азота и фосфора, повышение технологических показателей надежности процесса очистки, сокращение продолжительности наладки сооружений очистки сточных вод. 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Способ обеспечения надежности очистки сточных вод от соединений азота и фосфора, включающий последовательное выдерживание сообщества микроорганизмов, очищающих сточные воды от органических и минеральных примесей, в анаэробных, аноксидных и аэробных условиях в емкостных сооружениях с интенсивным массообменном, создаваемым с помощью соответственно мешалок и барботажа воздухом, возврат активного ила из вторичных отстойников, подачу в денитрификатор (аноксидные условия) циркуляционного потока иловой смеси с выхода нитрификатора (аэробные условия), удаление на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного ила, отличающийся тем, что в процессе эксплуатации выполняют следующие операции:
а) фиксируют, по меньшей мере, расход Qви,i возврата активного ила из вторичных отстойников и расход Qци,i циркуляционного потока иловой смеси в денитрификатор с выхода нитрификатора, где i - номер режима фиксации, i=1, 2, 3, …, n1, где n1 - любое число;
б) разбивают диапазон возможных расходов Qии удаления на обработку приросшей в аэробных условиях нитрификатора биомассы избыточного активного ила на n2 интервалов, n2=3, 4, 5 …, n2, где n2 - любое число;
в) в текущем режиме фиксации i опробуют режимы биологического удаления азота и фосфора из сточных вод в одной точке каждого из n2 интервалов возможных расходов Qии, определяют суточный расход сточных вод Qi,j, поступающих на очистку, концентрацию С_БПКi,j загрязнений в исходной воде по биохимической потребности в кислороде, концентрации загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i,j, среднюю концентрацию ила в емкостных сооружениях Xi,j, где j=1, 2, 3 …, n2, k=1, 2, 3 …, n3, где n3 - количество контролируемых ингредиентов;
г) в текущем режиме фиксации i в опробованных точках каждого из n2 интервалов возможных расходов Qии вычисляют нагрузку на ил N_БПКi,j=Qi,j·C_БПКi,j/(V·Xi,j), где V - объем емкостных сооружений;
д) в текущем режиме фиксации i в одних координатных осях строят графики зависимостей концентраций загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам Ck,i,j от нагрузки на ил N_БПКi,j;
е) по построенным на этапе д) зависимостям осуществляют поиск диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,min до N_БПК,max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp, при этом, если этот диапазон не обнаружен, то изменяют и фиксируют, по меньшей мере, расход возврата активного ила из вторичных отстойников на новом уровне Qви,i+1 и/или расход в денитрификатор циркуляционного потока иловой смеси с выхода нитрификатора на новом уровне Qци,i+1, последовательность операций с (б) по (е) повторяют до обнаружения диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,min до N_БПК,max, при которой достигается требуемая степень очистки воды по всем контролируемым ингредиентам Ck,mp, или применяют системы дополнительной очистки по ингредиентам m, для которых диапазон рабочей нагрузки на ил, обеспечивающий требуемую степень очистки по указанным ингредиентам, не обнаружен или находится за пределами диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,min1 до N_БПК,max1, при которой достигается требуемая степень очистки воды по большинству контролируемых ингредиентов, где m=1, 2, 3 …, n3;
ж) в дальнейшем осуществляют биологическое удаление азота и фосфора из сточных вод в диапазоне рабочих нагрузок на ил от N_БПК,min до N_БПК,max или N_БПК,min1 до N_БПК,max1.

2. Способ обеспечения надежности очистки сточных вод от соединений азота и фосфора по п.1, отличающийся тем, что опробование режимов биологического удаления азота и фосфора из сточных вод осуществляют на компьютерной модели.

3. Способ обеспечения надежности очистки сточных вод от соединений азота и фосфора по п.1, отличающийся тем, что в качестве контролируемых концентраций загрязнений принимают концентрацию загрязнений в очищенной воде по азоту аммонийному C_NH4, по азоту нитратов C_NO3, по фосфатам С_PO4.

4. Способ обеспечения надежности очистки сточных вод от соединений азота и фосфора по п.1, отличающийся тем, что в качестве контролируемых концентраций загрязнений принимают концентрацию загрязнений в очищенной воде по общему азоту С_Nобщ, по общему фосфору С_Робщ.

5. Способ обеспечения надежности очистки сточных вод от соединений азота и фосфора по п.1, отличающийся тем, что на этапе е) осуществляют поиск диапазона рабочей нагрузки на ил от N_БПК,min до N_БПК,max, при которой по всем контролируемым ингредиентам достигается следующая степень очистки воды Ck,mp/Kz, где Kz - коэффициент технологического запаса, Kz>1.

6. Способ обеспечения надежности очистки сточных вод от соединений азота и фосфора по п.3 или 4, отличающийся тем, что в качестве систем дополнительной очистки по фосфатам С_PO4 и общему фосфору С_Робщ принимают обработку химическими реагентами.