УСТАНОВКА ДЛЯ ГЛУБОКОЙ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ, СЕРОВОДОРОДА И ГИДРОСУЛЬФИДОВ, АММОНИЙНОГО АЗОТА Российский патент 2012 года по МПК C02F3/00 

Изобретение относится к очистке хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК до 50000 мг/дм³, взвешенных веществ до 1500 мг/дм³, с содержанием сероводорода и гидросульфидов, аммонийного азота до 100 мг/дм³, и может быть использовано при очистке сточных вод, например, жилых домов, поселков, городов, животноводческих ферм, дрожжевых, пивоваренных, сахарных заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов и т.п.

В системах канализования поселков и небольших городов с значительной протяженностью самотечных и напорных коллекторов содержание сульфидов и сероводорода повышается до 5-40 мг/дм³, аммонийного азота до 50-100 мг/дм³ вследствие процессов гниения органических загрязнений в коллекторах и приемных резервуарах перекачивающих насосных станций, подвоза сточных вод из септиков и выгребных ям. Особенно активизируются процессы сульфатредукции и аммонификации в теплое время года. В процессе метанового брожения в анаэробных биореакторах при очистке концентрированных сточных вод дрожжевых, пивоваренных, сахарных заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов содержание сероводорода и гидросульфидов возрастает до 10…100 мг/дм³, и величина рН снижается до 4-5. Как известно, сероводород является ферментным ядом и в сочетании с низким значением рН - ингибитором процессов биодеструкции органических веществ и нитрификации, поэтому его содержание в сточных водах, подаваемых на биологическую очистку, согласно нормативным значениям, не должно превышать 2 мг/дм³.

Известно устройство биохимической очистки сточных вод, содержащее биофильтр, размещенный над аэротенком-отстойником с подающими трубами для струйной аэрации жидкости, прикрепленными к сборному поддону биофильтра, камеру смешения и циркуляционный насос (Авторское свидетельство СССР №1020379, МКИ C02F 3/02, опубл. 30.05.1983 г.). Достоинством данного устройства является: высокая степень очистки сточных вод за счет сочетания окислительных и сорбционных свойств биоценоза биофильтра и микрофлоры активного ила аэротенка. Конструктивные особенности устройства обеспечивают эффективную очистку сточных вод по БПК с 150-2000 мг/дм³ до 5-15 мг/дм³, даже при концентрации сероводорода и гидросульфидов до 8 мг/дм³ вследствие отдувки сероводорода в биофильтре и развития микрофлоры, осуществляющей сорбцию и окисление гидросульфидов.

Формированию специфической микрофлоры может содействовать конструктивное устройство загрузки биофильтра из элементов в виде керамических шаров с углублениями в сферической поверхности (патент РФ №2310499, B01D 53/18, опубл. 20.11.2007 г.), разработанного для массообменных аппаратов химической промышленности. Заполненные жидкостью и микрофлорой углубления способствуют созданию оптимальных условий для развития серобактерий, нитчатых, тионовых микроорганизмов, планктомицетов и т.д.

Образованию развитого слоя микрофлоры способствует также устройство плоскостной загрузки с эквивалентной шероховатостью 0,02-2 (патент РФ №2220915, C02F 3/00, опубл. 27.07.2003 г.). Однако применение искусственных материалов (стеклопластика, керамопласта, пластмасс), являющихся диэлектриками, не обеспечивает достаточного сцепления микрофлоры с поверхностью загрузки. В процессе производственных исследований установлено, что наилучшими свойствами сцепления биомассы с поверхностью загрузки обладают керамические изделия.

Известна также установка для биохимической очистки высококонцентрированных сточных вод по патенту РФ №2139257, МКИ C02F 3/02, опубл. 10.10.1999 г., в которой использован биокоагулятор и применен биореактор для доочистки сточных вод с искусственной загрузкой из листов с изменяющимися диаметрами отверстий и расстояниями между щетинками, обеспечивающей дальнейшую трансформацию азотсодержащих загрязнений и задержание всплывающих хлопьев ила.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является устройство для биохимической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений, содержащее комбинированное устройство и нитрификатор, выполненный аналогично комбинированному устройству, и денитрификатор (патент РФ №2114070, МКИ C02F 3/02, опубл. 27.06.1998 г. Устройство для биохимической очистки сточных вод от органических и азотсодержащих загрязнений). Технологическая схема устройства обеспечивает очистку сточных вод по азотсодержащим загрязнениям.

Однако невозможно использовать в качестве субстрата для денитрификатора смесь сточных вод и ила из камеры смешения первого комбинированного устройства при содержании сероводорода в исходных сточных водах свыше 8 мг/дм³ и аммонийного азота свыше 30 мг/дм³, так как это приведет к ухудшению качества очистки сточных вод.

Повышению стабильности и глубины процесса нитрификации может способствовать использование загрузочных материалов в объеме аэротенка.

Применение блоков биологической загрузки, из пластин с отверстиями и щетинками по патенту РФ №2139257, размещаемых над треугольными валиками, с помощью которых сокращается поверхность плоской части днища аэротенка, позволяет увеличить общее количество активной биомассы, в том числе, нитрификаторов.

Задача, которую поставили перед собой разработчики новой установки для глубокой биохимической очистки сточных вод, состояла в создании таких вариантов установки, которые бы обеспечили эффективное и стабильное качество очистки сточных вод с высоким содержанием органических загрязнений, сероводорода, гидросульфидов, азота аммонийного и позволили бы повысить экологическую безопасность очищенных сточных вод.

Техническим результатом, достигнутым в процессе решения поставленной перед разработчиками задачи, явилась высокая степень очистки сточных вод.

Сущность изобретения состоит в том, что в установке для глубокой биохимической очистки сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК до 50000 мг/дм³, сероводорода и гидросульфидов, аммонийного азота до 100 мг/дм³, включающей для концентраций загрязнений по БПК до 3000 мг/дм³ устройства механической очистки, камеры смешения сточных вод и ила с циркуляционными насосами и устройства комбинированной биологической очистки, содержащие биофильтры с искусственной загрузкой, системы орошения, сборные поддоны и стокосборники, к которым подсоединены аэрационные колонны, заглубленные в аэрационные зоны аэротенков-отстойников, при этом трубопровод подачи сточных вод подсоединен к камерам смешения первого и второго устройств комбинированной биологической очистки, а напорный трубопровод циркуляционного насоса, установленного в камере-смешения первого комбинированного устройства, подсоединен к системе орошения биофильтра первого комбинированного устройства, а также к камере смешения второго комбинированного устройства и напорный трубопровод циркуляционного насоса, установленного в камере смешения второго комбинированного устройства подсоединен к системе орошения второго комбинированного устройства, к камере смешения первого комбинированного устройства и к устройству обработки избыточного ила, а при содержании органических загрязнений по БПК от 3000 до 50000 мг/дм³ после устройств механической очистки к трубопроводу подачи сточных вод последовательно подключены биокоагулятор-флотатор и анаэробный биореактор.

Вместе с тем сущность изобретения состоит и в том, что в установке для глубокой биохимической очистки сточных вод к камерам смешения первого и/или второго комбинированных устройств подсоединены трубопроводы подачи пероксида водорода.

Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в установке для глубокой биохимической очистки сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК от 1500 до 3000 мг/дм³ и жиров до 300 мг/дм³, включающей биокоагуляторы-флотаторы, устройства комбинированной биологической очистки напорный трубопровод циркуляционного насоса, установленного в камере смешения второго комбинированного устройства, одновременно подсоединен к системе орошения второго комбинированного устройства, к камере смешения первого комбинированного устройства и к водоструйному аэратору биокоагулятора-флотатора. К приемной камере водоструйного аэратора прикреплены аэрационные колонны длиной 0,3-1,5 м, углами наклона к центральной оси от 0 до 50° и тангенциально направленными патрубками.

Вместе с тем сущность изобретения состоит и в том, что установка для глубокой биохимической очистки сточных вод дополнительно включает денитрификатор. На трубопроводе отвода осветленной жидкости от второго комбинированного устройства к денитрификатору установлен смеситель, к которому подсоединены напорные трубопроводы циркуляционных насосов первого и/или второго комбинированных устройств, а также трубопровод подачи раствора коагулянта.

Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что установка для глубокой биохимической очистки сточных вод дополнительно включает биореактор доочистки с искусственной загрузкой, который подсоединен к трубопроводу отвода жидкости от денитрификатора.

Вместе с тем сущность изобретения состоит и в том, что установка для глубокой биохимической очистки сточных вод дополнительно включает сорбционный фильтр с загрузкой, для задержания ортофосфатов, который подключен к устройству комбинированной биологической очистки и/или биореактору.

Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что установка для глубокой биохимической очистки сточных вод дополнительно включает устройство обработки избыточного ила, трубопроводы отвода которого от устройства комбинированной биологической очистки подсоединены к сгустителю, который, в свою очередь, подсоединен к ленточному фильтр-прессу, в котором устройство отвода обезвоженного кека подключено к гранулятору, куда также подведена линия подачи (органических и/или минеральных добавок). Устройство отвода гранул подсоединено к роликовому транспортеру, снабженному электрическими нагревательными элементами, и/или с размещенными последовательно над транспортером СВЧ-излучателями, подсоединенного, в свою очередь, к накопительной емкости.

Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве комбинированной биологической очистки элементы загрузки биофильтра выполнены в виде шаров диаметром 35-100 мм с 4-10-ю углублениями, оси которых сходятся в центре шара. Шары имеют выступы на поверхности 0,1-1,5 мм. В состав материала элементов включены соединения металлов,

Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве комбинированной биологической очистки загрузка биофильтра выполняется из гофрированных керамических листов шириной 0,5-1,5 м, высотой 0,5-3 м, толщиной 2-4 мм, с выступами (шероховатостью) на поверхности 0,1-2 мм, с каркасом из параллельных и продольных волнистых полос шириной и толщиной 3-10 мм. Часть продольных полос выполнена в виде выступающих волнистых перегородок шириной 10-35 мм. В состав материала листов включены соединения металлов.

Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве комбинированной биологической очистки ширина треугольных валиков, размещаемых на плоской части днища аэрационной зоны, составляет 0,5-2,0 м и высота 0,5-1,5 м.

Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве комбинированной биологической очистки над валиками установлены блоки с биологической загрузкой, выполняемые из пластмассовых пластин с отверстиями 3-30 мм и щетинками длиной 5-50 мм или керамических пластин, включающих соединения металлов, с прикрепленными стержнями или пластинами разной длины 5-40 мм и шероховатостью на них в виде выступов (0,1-1,5 мм).

Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве комбинированной биологической очистки трубопровод отвода ила установлен по внешнему периметру конической части днища аэротенка-отстойника и имеет отверстия или патрубки, расположенные под углом 0-90° к горизонтальной оси трубопровода и на расстоянии 0,2-1,0 м друг от друга.

Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве комбинированной биологической очистки в системе орошения биофильтров расстояния от верхних торцов сливных патрубков лотков до дисковых отражателей составляют 0,8-2 м, а расстояния между центрами лотков и расстояния между осями патрубков в лотках составляют 0,6-1,8 м. В системе водоструйной аэрации расстояния между обрезами аэрационных колонн верхней части составляют 50-500 мм и расстояния между нижними обрезами аэрационных колонн составляют 0,5-3 м.

Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве биореактора к пластмассовым или керамическим листам прикреплены стержни или пластинки длиной 10-100 мм с отверстиями 3-30 мм. Расстояния между стержнями или пластинками и диаметры отверстий уменьшаются от низа к верху загрузки. На листах, стержнях или пластинках имеются выступы 0,1-1,5 мм. В структуру материала загрузки включены соединения металлов.

Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве анаэробного биореактора трубы подачи циркулирующей жидкости заглублены на 0,3-2,5 м, установлены под углами наклона от 0 до 70° к центральной оси и снабжены тангенциально направленными патрубками.

Доказательства возможности осуществления заявляемого изобретения приведены на конкретных примерах в вариантах установки для глубокой биохимической очистки сточных вод с высоким содержанием БПК, сероводорода и гидросульфидов и азота аммонийного. Эти характерные примеры ни в коей мере не ограничивают другие различные варианты исполнения изобретения, а только лишь поясняет его сущность.

Приведенные в качестве конкретных примеров изобретения варианты установки для биохимической очистки сточных вод поясняются графически, где:

на фиг.1 схематично изображен вариант технологической схемы установки для глубокой биохимической очистки сточных вод;

на фиг.2 схематично изображен вариант технологической схемы установки биохимической очистки сточных вод с биокоагулятором-флотатором и анаэробным биореактором;

на фиг.3 в увеличенном масштабе показан разрез А-А аэротенка-отстойника с треугольными валиками, блоками с биологической загрузкой, аэрационными колоннами и трубопроводом отвода ила;

на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2;

на фиг.5 показан разрез шаровидного элемента загрузки биофильтра;

на фиг.6 дан передний план гофрированного керамического листа загрузки биофильтра;

на фиг.7 показан разрез одного гофрированного керамического листа;

на фиг.8 показан разрез нескольких листов в сборе;

на фиг.9 показан в увеличенном масштабе фрагмент керамического листа;

на фиг.10 дан передний план листа загрузки биореактора;

на фиг.11 показан разрез листа загрузки биореактора;

на фиг.12 дана технологическая схема обработки избыточного ила.

Заявленная установка предназначена для глубокой очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК до 50000 мгO₂/дм³, взвешенных веществ до 1500 мг/дм³, суммарного содержания сероводорода, гидросульфидов и азота аммонийного до 100 мг/дм³, в которой сточные воды подаются по трубопроводу 1 к устройству тонкой механической очистки 2, далее к песколовке 3. Из сборного лотка песколовки 3 часть сточной жидкости направляется в камеру смешения 4, в которой установлен циркуляционный насос 5, туда же по самотечному трубопроводу поступает иловая смесь из первого устройства комбинированной биологической очистки 6, остальная часть жидкости по трубопроводу 1 направляется в камеру смешения 7 второго устройства биологической очистки 8. В камеры смешения 4 и 7 по трубопроводу 9 из емкости с перемешивающим устройством 10 подается также 30-35% раствор пероксида водорода. Смесь сточных вод и ила циркуляционным насосом 5 перекачивается по напорному трубопроводу 11 в систему орошения биофильтра с шаровидными элементами загрузки 12 устройства 6 и в камеру смешения 7 устройства 8, а часть сточных вод и ила (субстрат) направляется в смеситель 13. Сточная жидкость после первой ступени очистки в комбинированном устройстве 6 направляется на вторую ступень очистки в комбинированное устройство 8. Из камеры смешения 7 смесь сточных вод и ила по трубопроводу 14 подается в систему орошения биофильтра устройства 8 и по трубопроводу 15 часть смеси сточных вод и ила (субстрат) направляется в смеситель 13, установленный на трубопроводе отвода осветленной жидкости, и часть иловой смеси в устройство обработки избыточного ила 16. В смеситель подается также по трубопроводу 17 из емкости с перемешивающим устройством 18 раствор коагулянта (2-5%). Далее жидкость, смешанная с субстратом и коагулянтом, поступает в денитрификатор с механической мешалкой 19. Затем из сборного лотка зоны отстаивания денитрификатора сточная вода поступает в камеру аэрации биореактора 20 и потом проходит через искусственную загрузку 21. Из биореактора сточная вода направляется в сорбционный фильтр 22. Дезинфекция и дезодорация использованного в биохимических процессах воздуха осуществляется в устройстве 23.

При очистке производственных сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК от 1500 до 3000 мгO₂/дм³, взвешенных веществ до 1500 мг/дм³, суммарном количестве сероводорода и гидросульфидов, азота аммонийного до 100 мг/дм³ в технологическую схему установки дополнительно включаются насосная станция подкачки сточных вод 24 и биокоагулятор 25. При более высоких концентрациях органических загрязнений от 3000 до 50000 мг/дм³ технологическая схема дополняется анаэробным биореактором 26.

Для исключения залегания ила и повышения эффективности работы установки для биохимической очистки сточных вод в устройствах 6 и 8 аэротенк-отстойник 27 разделен на ячейки треугольными валиками 28, над которыми установлены блоки с биологической загрузкой 29. Над плоскими частями днища аэротенка 27 установлены аэрационные колонны 30. По внешнему периметру конической части днища аэротенка-отстойника 27 смонтирован трубопровод отвода ила 31 с равномерно расположенными отверстиями 32.

Для увеличения времени пребывания и создания развитой поверхности контакта жидкости с биомассой, процессов отдувки сероводорода, окисления гидросульфидов и нитрификации в биофильтрах устройств 6 и/или 8 применены элементы загрузки 12, выполненные в виде шаров с углублениями 33 в сферической поверхности, оси которых пересекаются в центре шара. На поверхности шаров имеется шероховатость в виде выступов. В состав материала загрузки включены соединения металлов.

В качестве искусственной загрузки биофильтров в устройствах 6 и 8 могут быть использованы гофрированные керамические листы 34. Каркас листов состоит из параллельных и волнистых продольных полос 35. Часть продольных полос 36 имеет форму выступающих волнистых перегородок. Поверхность листов 34 за исключением полос 35 выполняется с развитой шероховатостью в форме выступов 37.

Искусственная загрузка 21 биореактора 20 выполняется из пластмассовых или керамических листов 38, к которым прикреплены стержни или пластинки 39. Листы выполнены с отверстиями 40. На листах, стержнях или пластинках имеются выступы 41.

Трубопроводы отвода избыточного ила 15 от устройства комбинированной биологической очистки 8, денитрификатора 19, биокоагулятора-флотатора 25 и анаэробного биореактора 26 подсоединены к сгустителю 42 устройства обработки избыточного ила 16. Туда же подключена линия подачи реагентов (коагулянт и/или флокулянт) 43. Трубопровод отвода уплотненного осадка подсоединен к ленточному фильтр-прессу 44. Обезвоженный кек подается в гранулятор 45, куда также подключена линия подачи органических и/или минеральных добавок 46. Устройство отвода гранул подсоединено к транспортеру с роликами 47, снабженными электрическими нагревательными элементами. Нагревательные элементы 48 могут устанавливаться под роликами транспортера. Над транспортером установлены СВЧ-излучатели 49. Гранулы сбрасываются в накопительную емкость 50.

Работает описанная установка для биохимической очистки сточных вод следующим образом.

При глубокой очистке хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК до 1500 мгO₂/дм³, взвешенных веществ до 1500 мг/дм³, суммарном содержании сероводорода и гидросульфидов, азота аммонийного до 100 мг/дм³ сточные воды по трубопроводу 1 поступают в устройство 2 тонкой механической очистки, где происходит задержание грубодисперсных взвешенных веществ. Затем сточные воды поступают в песколовку 3, где осуществляется осаждение песка. Из сборного лотка песколовки 3 сточная вода направляется в камеру смешения 4, где смешивается с циркулирующей иловой жидкостью первого устройства комбинированной биологической очистки 6 и с 30-35% раствором пероксида водорода, поступающим по трубопроводу 9 из емкости с перемешивающим устройством 10. Затем смесь сточных вод, ила и реагента с помощью циркуляционного насоса 5 перекачивается по напорному трубопроводу 11 в систему орошения биофильтра устройства 6. Далее жидкость проходит через загрузку биофильтра и сливается в аэрационные колонны, а затем смешивается с активным илом аэротенка-отстойника. Ввод реагента в устройство 6 обеспечивает окисление сероводорода и гидросульфидов до коллоидной серы и сульфатов и снижает их ингибирующее воздействие на биоценоз. Кроме этого, в соответствие с исследованиями, концентрация растворенного кислорода в сточной воде возрастает до 5-6 мг/дм³, что интенсифицирует процесс биологической очистки. Введение пероксида водорода в камеру смешения первого устройства комбинированной биологической очистки целесообразно при концентрации восстановленных соединений серы свыше 20 мг/дм³, или при концентрации восстановленных соединений серы 8 мг/дм³ и более и концентрации органических веществ по БПК более 500 мгO₂/дм³. Доза пероксида водорода определена эмпирически с учетом исходной концентрации восстановленных соединений серы и составляет 10-100 мг/дм³.

При многократном орошении и контакте сточной жидкости с поверхностью загрузки, биоценозом биофильтра и активным илом в реакционной зоне аэротенка-отстойника (1-3 часа) происходит дегазация сероводорода, реагентное и биохимическое окисление восстановленных соединений серы, биодеградация органических загрязнений по БПК на 50-70% и процесс частичной денитрификации (10-15%). Формированию специфической микрофлоры (серобактерий, нитчатых, тионовых микроорганизмов, анаммокс-бактерий и т.д.), обеспечивающей сорбцию и окисление гидросульфидов, а также частичную денитрификацию в биофильтре устройства 6, способствует конструкция сферических элементов с 8-ю углублениями, оси которых сходятся в центре шара. Закреплению и развитию микрофлоры содействует шероховатость поверхности элементов загрузки (0,1-1,5 мм), снижение турбулентности потоков и увеличение времени контакта стекающей жидкости с биомассой в емкостях загрузки. Целесообразно также использование элементов с 4-10-ю углублениями. При многолетних производственных исследованиях установлен оптимальный диаметр шаровидных элементов - 70 мм, при котором не происходит заиление загрузки. Вместе с тем, при очистке сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК менее 100 мг/дм³ возможно использование элементов загрузки с минимальным диаметром до 35 мм и при концентрациях по БПК свыше 300 мг/дм³ до 100 мм. При изготовлении элементов для электростатического притяжения и каталитического воздействия на микрофлору целесообразно использовать глины с высоким содержанием железа и алюминия. В состав материала керамической загрузки могут дополнительно включаться тугоплавкие соединения металлов.

Введение в приемную камеру 4 первого устройства 6 части циркуляционной жидкости из напорного трубопровода 14 второго устройства 8 предназначено для снижения нагрузки по органическим веществам на биоценоз первого устройства 6 (в случае перегрузки биомассы) и целесообразно при концентрации органических веществ в сточных водах по БПК более 500 мгO₂/дм³. Минерализация прирастающей биомассы со значительным количеством адсорбированной неокисленной органики из устройства 6 осуществляется в устройстве 8. Для этого выводимый ил по трубопроводу 11 перекачивается в камеру смешения 7 устройства 8.

Далее осветленная жидкость из отстойной зоны устройства 6 направляется в камеру смешения 7 устройства 8. Туда же по трубопроводу 1 подается часть исходных сточных вод и по трубопроводу 9 раствор пероксида водорода из емкости 10. Введение пероксида водорода в камеру смешения 7 второго устройства 8 целесообразно при остаточном содержании восстановленных соединений серы после первого комбинированного устройства свыше 4 мг/дм³. Затем смесь сточных вод, ила и реагента перекачивается по напорному трубопроводу 14 с помощью циркуляционного насоса 5 в систему орошения биофильтра устройства 8, разбрызгивается, стекает по загрузке и сливается в аэрационные колонны. Выходящая из колонн водовоздушная смесь перемешивается с активным илом аэротенка-отстойника. В устройстве 8 происходит дальнейшая сорбция и окисление остальной части органических загрязнений. На этой ступени при низких нагрузках на ил по органическим веществам (0,05-0,1 кг/БПК на 1 кг беззольного вещества) осуществляется процесс полного окисления органических загрязнений и глубокие процессы нитрификации и частичной денитрификации азотсодержащих соединений. Период пребывания сточных вод составляет 4-7 часов. С целью активации процессов биологической очистки при перегрузках биомассы в устройстве 6 осуществляется перекачка 10-30% циркулирующей жидкости из напорного трубопровода 14 второго устройства комбинированной биологической очистки 8 в камеру смешения 4 устройства 6. При содержании азота аммонийного в исходных сточных водах свыше 30 мг/дм³ в качестве субстрата для денитрификатора 19 используется часть иловой смеси из напорного трубопровода 14, которая по трубопроводу 15 перекачивается в смеситель 13. По трубопроводу 15 производится также отвод части иловой жидкости в устройство обработки избыточного ила 16.

Загрузка биофильтров устройств 8, 6 может выполняться из шаровидных элементов 12 и/или гофрированных керамических пластин 34. Включение в состав материала соединений металлов повышает электрокинетический потенциал адсорбционного слоя материала. Электростатическое притяжение способствует иммобилизации колоний микроорганизмов. Каркас из утолщений в виде параллельных и продольных полос 35 и продольных полос с выступающими волнистыми перегородками 36 обеспечивает прочность конструкции при увеличении веса нарастающего слоя биомассы (до 10 мм). На величину слоя прикрепленной микрофлоры прямое воздействие оказывает шероховатость в виде выступов 37 (0,1-1,5 мм). В процессе исследований шаров с наклеенным песком фракцией 1-2 мм было установлено образование на поверхности устойчивого биоценоза в среднем 0,06-0,09 г/см² по сухому веществу. Снижение величины шероховатости на полосах 35 до 0,1 мм уменьшает силы сцепления с материалом загрузки, что способствует уменьшению размеров возможных зон заиливания и отводу избыточной биомассы.

Для закрепления и развития микрофлоры, осуществляющей окисление гидросульфидов, бактерий-нитрификаторов в аэрационных зонах аэротенков-отстойников устройств 6 и 8 в установках для глубокой биохимической очистки сточных вод используется загрузка в виде блоков биологической загрузкой 29 из пластмассовых пластин с отверстиями 3-30 мм и щетинками длиной 5-50 мм. Блоки 29 могут также изготавливаться из керамических листов с отверстиями 3-30 мм и выступами в виде стержней или пластин длиной 5-40 мм. Листы, стержни или пластины имеют развитую шероховатость в виде выступов. Шероховатость способствует закреплению на поверхности загрузки иммобилизованной микрофлоры. Включение в состав материала соединений металлов повышает электростатическое притяжение микрофлоры, что наряду с уменьшением турбулентности потоков жидкости внутри загрузки, способствует развитию нитрифицирующего ила с большим возрастом. Снижение турбулентности потоков жидкости в загрузке сокращает вынос адаптированного активного ила. Концентрация активной биомассы в объеме затопленной загрузки 29 может достигать 10 г/дм³.

С целью снижения влияния блоков 29 на гидродинамический режим перемешивания аэрационными колоннами 30 содержимого аэрационных зон аэротенков блоки биологической загрузки устанавливаются над треугольными валиками 28, которые размещены на плоской части днища аэрационной зоны. Оптимальные размеры валиков 28 исходя из условий обеспечения максимального объема реакционной зоны, эффективности перемешивания иловой жидкости и исключения залегания ила, составляют: ширина - 0,5-2,0 м; высота - 0,5-1,5 м.

Для предотвращения гашения ударного воздействия газожидкостных потоков, выходящих из нижних концов аэрационных колонн 30, трубопроводом отвода иловой смеси, и, соответственно, ухудшения гидродинамических условий перемешивания содержимого аэротенка 27, трубопровод 31 монтируется за внешним периметром конической части днища аэротенка-отстойника с отверстиями, расположенными под углом 0-90° к горизонтальной оси трубопровода и на расстоянии 0,2-1,0 м друг от друга.

Устройства комбинированной биологической очистки могут обеспечивать эффективную работу установки при следующих технических параметрах системы орошения биофильтров: расстояниях от верхних торцов сливных патрубков лотков до дисковых отражателей 0,8-2 м (предельная высота для сохранения компактности падающей струи); расстояниях между центрами лотков и расстояниях между осями патрубков в лотках 0,6-1,8 м и технических решениях системы водоструйной аэрации: расстояниях между обрезами аэрационных колонн верхней части 50-500 мм (при увеличении расстояний уменьшается угол наклона колонны и, соответственно, повышается количество воздуха, вовлекаемого в аэрационные колонны) и расстояниях между нижними обрезами рядом стоящих аэрационных колонн 0,5-2 м и колонн, стоящих по диагонали, 0,7-3 м (исключается залегание ила на поверхности днища аэротенка-отстойника).

Далее очищаемая сточная вода из отстойной зоны устройства 8 поступает в смеситель 13, в который также подается циркуляционным насосом 5 иловая жидкость (субстрат) из камеры смешения 4 первого устройства 6 или субстрат из камеры смешения 7 второго устройства 8. В смеситель 13 может осуществляться подача 2-5% раствора коагулянта для реагентного удаления фосфатов. Полученная смесь по трубопроводу поступает в денитрификатор с механической мешалкой 19. В денитрификаторе азот нитратов трансформируется в летучие формы азота. Растворимые фосфаты взаимодействуют с продуктами гидролиза коагулянта с образованием коагулята, осаждающегося вместе с активным илом в нижней части денитрификатора 19, в результате чего в сточной воде, прошедшей денитрификатор, снижаются концентрации азота нитратов и фосфатов. В экспериментальных исследованиях установлен наиболее эффективный вид коагулянта - алюминийсодержащий коагулянт, модифицированный активированным углем. Доза коагулянта по Al₂O₃ с учетом коэффициента запаса на сорбцию активным илом продуктов гидролиза коагулянта составляет 20-60 мг/дм³.

Ввод коагулянта интенсифицирует в дальнейшем процесс обезвоживания в устройстве обработки избыточного ила 16.

Далее сточная вода через сборный лоток денитрификатора 19 отводится по трубопроводу в камеру аэрации биореактора 20, оборудованного водоструйным аэратором, где происходит отдувка летучих форм азота и насыщение жидкости кислородом воздуха. Затем при движении жидкости снизу вверх происходит контакт с искусственной загрузкой 21. Загрузка биореактора выполняется из пластмассовых или керамических пластин 38 с прикрепленными стержнями или пластинками 39 длиной 10-100 мм и отверстиями 40 диаметром 3-30 мм. Наличие отверстий позволяет оптимизировать гидродинамический режим движения жидкости при нарастании биомассы (т.е. повышается коэффициент объемного использования загрузки). На поверхности загрузки развивается специфический биоценоз, использующий в процессе жизнедеятельности остаточные концентрации органических веществ и азота аммонийного. Шероховатость в виде выступов 41 способствует закреплению иммобилизованной микрофлоры. Для интенсификации процесса образования на поверхности загрузки прикрепленной биомассы загрузка активируется путем включения в ее состав соединений металлов. В поступающей из денитрификатора 19 в биореактор 20 жидкости содержатся также легкие хлопки отмершего ила. При движении воды через загрузку 21 происходит их физическое удержание за счет фильтрования жидкости через слой биоценоза, что обеспечивается уменьшением расстояний между стержнями или пластинками в верхней части загрузки до 3-5 мм и образованием на них слоя микрофлоры толщиной 1-1,5 мм.

Из биореактора сточная вода может подаваться по трубопроводу в фильтр доочистки 22 с двухслойной загрузкой.

При контакте с первым слоем биологически очищенная сточная вода освобождается от тонкодисперсной взвеси, включающей частички хлопков ила и гидроксокомплексы алюмофосфатов, при контакте со вторым слоем удаляются растворенные ортофосфаты в результате процессов хемосорбции, которая осуществляется за счет межмолекулярных сил взаимодействия между ортофосфатами и поверхностью зерен кальцийсодержащей загрузки с последующей химической реакцией ортофосфатов с кальцием загрузки и образованием на поверхности загрузки нерастворимых фосфатов кальция. Периодическая регенерация загрузочных материалов биореактора 20 и фильтра 22 производится с помощью насосов.

Отвод ила и осадка из биореактора 20 и фильтра 22 осуществляется по напорному трубопроводу в устройство обработки избыточного ила 16.

При очистке производственных сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК от 1500 до 3000 мгO₂/дм³, взвешенных веществ до 1500 мг/дм³ (с зольностью свыше 35%), суммарном содержании сероводорода и гидросульфидов, азота аммонийного до 100 мг/дм³ сточные воды после механической очистки в устройствах 2, 3 перекачиваются насосной станцией 24 в биокоагулятор-флотатор 25.

Целесообразность использования биокоагуляторов-флотаторов в технологической схеме очистки обусловлено следующим: осаждением взвешенных веществ - 50-70%; изъятием части растворенных органических загрязнений (15-20%) за счет сорбционных свойств выводимого избыточного ила, процесса флотации (при концентрации жиров свыше 50 мг/дм³); уплотнением осадка (до 7-15 г/дм³) перед подачей в участок механического обезвоживания; частичным усреднением органических нагрузок и рН.

Подача активного ила из камеры смешения 7 в биокоагулятор-флотатор производится по трубопроводу 14 в приемную камеру водоструйного аэратора биокоагулятора-флотатора 25. К приемной камере прикреплены аэрационные колонны длиной 0,3-1,5 м, углами наклона к центральной оси от 0 до 50° и тангенциально направленными патрубками. С потоком жидкости через аэрационные колонны вовлекается воздух q_в≈0,8 м³/м³ жидкости (для одной колонны). В биокоагуляторе-флотаторе с помощью колонн с тангенциально направленными патрубками производится вращательное движение смеси сточных вод и ила и осуществляется процесс коагуляции и флотации загрязнений. Продолжительность контакта ила с водой в камере флокуляции 8-20 мин. Из камеры флокуляции иловая смесь через расширительный конус поступает в отстойную зону, где происходит разделение иловой смеси. Далее отстоянная сточная жидкость направляется к камерам смешения устройств комбинированной биологической очистки.

При очистке производственных сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК от 3000 до 50000 мгО₂/дм³, взвешенных веществ до 1500 мг/дм³ сточные воды после очистки в устройствах 2, 3 и 25 направляются по трубопроводу в нижнюю часть анаэробного биореактора 26.

Трубы подачи жидкости равномерно расставлены по периметру с расстояниями от конической части днища 100-200 мм, что обеспечивает равномерное распределение восходящих потоков по объему биореакторов и размывание оседающего анаэробного ила. Контакт поступивших сточных вод с иловой смесью (концентрация биомассы ≈10 г/дм³) происходит в противоточном режиме в течение 1-8 часов. Перемешивание сточных вод и ила выполняется с помощью циркуляционного насоса, осуществляющего забор оседающего ила из нижней части анаэробного биореактора и перекачивающего по трубопроводу в верхнюю часть реактора. Ввод ила и перемешивание содержимого производится с помощью распределительной системы, состоящей из нескольких труб длиной 0,5-2,5 м и углами наклона к центральной оси от 0 до 70°, снабженных тангенциальными отводами, создающих вращательное движение иловой смеси в реакторе.

С помощью анаэробного ила осуществляется сорбция и окисление 50-70% органических загрязнений и 60-80% взвешенных веществ. При этом процессе возрастает концентрация сероводорода и гидросульфидов до 100 мг/дм³ и понижается рН среды до 4-5 в отводимой на дальнейшую очистку сточной жидкости.

Конструкция устройства комбинированной биологической очистки, применение двухступенчатой схемы с последовательно соединенными комбинированными устройствами и использование пероксида водорода обеспечивают полное удаление сероводорода и гидросульфидов.

Негативное воздействие рН на аэробный процесс очистки последовательно снижается за счет разбавления сточной жидкости в несколько раз циркулирующим активным илом в камерах смешения и контакта иловой смеси с биоценозом биофильтра, адаптированным к пониженным значениям рН.

Осаждающаяся смесь сточных вод и ила из конической части биокоагулятора 25 и анаэробного биореактора 26 направляется в устройство обработки избыточного ила 16.

В зависимости от варианта технологической схемы очистки к устройству 16 подсоединяются трубопроводы отвода избыточного ила 15 от устройства комбинированной биологической очистки 8, анаэробного биореактора 26, а также денитрификатора 19 и фильтра 22. Все трубопроводы подсоединены к сгустителю 42 устройства 16. Туда же при необходимости повышения эффекта сгущения ила и осадка подключена линия подачи коагулянтов и/или флокулянтов 43. Уплотненный осадок отводится в ленточный фильтр-пресс 44, где образуется кек с заданной влажностью 75-85%. Обезвоженный кек подается в гранулятор 45, куда также подключена линия подачи органических и/или минеральных добавок 46. В качестве органических и минеральных добавок могут быть использованы опилки, шелуха семян подсолнечника и минеральные удобрения. Гранулы из 45 подаются на ролики 47 транспортера, снабженные встроенными электрическими нагревательными элементами. Нагревательные элементы 48 могут размещаться также под роликовым транспортером. С их помощью осуществляется нагрев гранул. Вращающиеся ролики снабжены выступами, обеспечивающими перемещение гранул. С помощью СВЧ-излучателей 49, установленных над транспортером, производится дополнительная сушка и дегельминтизация содержимого гранул. Далее гранулы сбрасываются в накопительную емкость 50.

Использованный в процессе биохимической очистки воздух вместе с выделяемым сероводородом и газообразным азотом направляется в устройство 23 для дезинфекции и дезодорации.

Заявляемая установка для глубокой биохимической очистки обеспечивает полное удаление суммарного содержания сероводорода и гидросульфидов, снижение концентрации аммонийного азота (с 100 мг/дм³ до 0,5 мг/дм³) и фосфора (до 0,2 мг/дм³).

Целесообразно использовать установку для глубокой биохимической очистки сточных вод при очистке сточных вод жилых домов, поселков, городов с септиками и выгребами, животноводческих ферм и т.п. с содержанием сероводорода и гидросульфидов, и азота аммонийного до 100 мг/дм³.

Включение биокоагуляторов-флотаторов в технологическую схему двухступенчатой биологической очистки сточных вод с комбинированными сооружениями позволяет очищать концентрированные сточные воды с БПК до 3000 мг/дм³ и взвешенными веществами до 1500 мг/дм³. При включении в технологическую схему анаэробных биореакторов установка для глубокой биохимической очистки сточных вод может быть использована для очистки высококонцентрированных сточных вод с БПК до 50000 мг/дм³.

Предлагаемая установка обеспечивает комплексное решение достижения высокого эффекта очистки сточных вод и получения ценного гранулированного удобрения.

При этом в сравнении с традиционными аэрационными сооружениями энергетические затраты на биохимический процесс очистки снижаются в 3 раза; численность обслуживающего персонала уменьшается на 50-70%; сокращается площадь очистных сооружений в 3 раза, и размер санитарно-защитной зоны в зависимости от производительности сооружений может составлять 50-100 м.

Изобретение относится к очистке хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод и может быть использовано при очистке сточных вод, например, жилых домов, поселков, городов, животноводческих ферм и т.п. Сточные воды по трубопроводу 1 подают в устройство 2 тонкой механической очистки. Из песколовки 3 сточная вода направляется в камеру смешения 4. Смесь сточных вод, ила и реагента перекачивают в систему орошения биофильтра устройства 6. Обрабатываемая вода проходит через загрузку биофильтра 12, сливается в аэрационные колонны и смешивается с активным илом аэротенка-отстойника. Осветленная вода из отстойной зоны устройства 6 направляется в камеру смешения 7 устройства 8. Смесь сточных вод, ила и реагента перекачивают в систему орошения биофильтра устройства 8. Очищаемая сточная вода из отстойной зоны устройства 8 поступает в смеситель 13, в который также подают раствор коагулянта. Полученная смесь поступает в денитрификатор с механической мешалкой 19. В биореакторе 20 сточная вода контактирует с искусственной загрузкой 21. Из биореактора 20 сточную воду подают в фильтр доочистки 22 с двухслойной загрузкой. Ил и осадок отводят в устройство обработки избыточного ила. Изобретение позволяет повысить степень очистки сточных вод. 14 н. и 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК до 50000 мг/дм³, сероводорода и гидросульфидов, аммонийного азота до 100 мг/дм³, включающая для концентраций загрязнений по БПК до 3000 мг/дм³ устройства механической очистки, камеры смешения сточных вод и ила с циркуляционными насосами и устройства комбинированной биологической очистки, содержащие биофильтры с искусственной загрузкой, системы орошения, сборные поддоны и стокосборники, к которым подсоединены аэрационные колонны, заглубленные в аэрационные зоны аэротенков-отстойников, при этом трубопровод подачи сточных вод подсоединен к камерам смешения первого и второго устройств комбинированной биологической очистки, отличающаяся тем, что напорный трубопровод циркуляционного насоса, установленного в камере смешения первого комбинированного устройства, подсоединен к системе орошения биофильтра первого комбинированного устройства, а также к камере смешения второго комбинированного устройства, и напорный трубопровод циркуляционного насоса, установленного в камере смешения второго комбинированного устройства, подсоединен к системе орошения второго комбинированного устройства, к камере смешения первого комбинированного устройства и к устройству обработки избыточного ила, а при содержании органических загрязнений по БПК от 3000 до 50000 мг/дм³ после устройств механической очистки к трубопроводу подачи сточных вод последовательно подключены биокоагулятор-флотатор и анаэробный биореактор.

2. Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что к камерам смешения первого и/или второго комбинированных устройств подсоединены трубопроводы подачи пероксида водорода.

3. Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПК от 1500 до 3000 мг/дм³ и жиров до 300 мг/дм³, включающая биокоагуляторы-флотаторы, устройства комбинированной биологической очистки, при этом напорный трубопровод циркуляционного насоса, установленного в камере смешения второго комбинированного устройства, подсоединен к системе орошения второго комбинированного устройства, к камере смешения первого комбинированного устройства и к водоструйному аэратору биокоагулятора-флотатора, отличающаяся тем, что к приемной камере аэратора прикреплены аэрационные колонны длиной 0,3-1,5 м, углами наклона к центральной оси от 0 до 50° и тангенциально направленными патрубками.

4. Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод, отличающаяся тем, что она дополнительно включает денитрификатор, и на трубопроводе отвода осветленной жидкости от второго комбинированного устройства к денитрификатору установлен смеситель, к которому подсоединены напорные трубопроводы циркуляционных насосов первого и/или второго комбинированных устройств, а также трубопровод подачи раствора коагулянта.

5. Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод, отличающаяся тем, что она дополнительно включает биореактор доочистки с искусственной загрузкой, который подсоединен к трубопроводу отвода жидкости от денитрификатора.

6. Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод, отличающаяся тем, что она дополнительно включает сорбционный фильтр для задержания ортофосфатов, который подключен к устройству комбинированной биологической очистки и/или биореактору.

7. Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод, отличающаяся тем, что она дополнительно включает устройство обработки избыточного ила, трубопроводы отвода которого от устройства комбинированной биологической очистки подсоединены к сгустителю, который, в свою очередь, подсоединен к ленточному фильтр-прессу, в котором устройство отвода обезвоженного кека подключено к гранулятору, куда также подведена линия подачи органических и/или минеральных добавок; устройство отвода гранул подсоединено к роликовому транспортеру, снабженному электрическими нагревательными элементами и/или с размещенными последовательно над транспортером СВЧ-излучателями, подсоединенному, в свою очередь, к накопительной емкости.

8. Устройство комбинированной биологической очистки, отличающееся тем, что элементы загрузки биофильтра выполнены в виде шаров диаметром 35-100 мм с 4-10 углублениями, оси которых сходятся в центре шара; шары имеют выступы на поверхности 0,1-1,5 мм, и в состав материала элементов включены соединения металлов.

9. Устройство комбинированной биологической очистки, отличающееся тем, что загрузка биофильтра выполняется из гофрированных керамических листов шириной 0,5-1,5 м, высотой 0,5-3 м, толщиной 2-4 мм, с выступами (шероховатостью) на поверхности 0,1-2 мм, с каркасом из параллельных и продольных волнистых полос шириной и толщиной 3-10 мм, причем часть продольных полос выполнена в виде выступающих волнистых перегородок шириной 10-35 мм, и в состав материала листов включены соединения металлов.

10. Устройство комбинированной биологической очистки, отличающееся тем, что ширина треугольных валиков, размещаемых на плоской части днища аэрационной зоны, составляет 0,5-2,0 м и высота 0,5-1,5 м.

11. Устройство комбинированной биологической очистки, отличающееся тем, что над валиками установлены блоки с биологической загрузкой, выполняемые из пластмассовых пластин с отверстиями 3-30 мм и щетинками длиной 5-50 мм или керамических пластин, включающих соединения металлов, с прикрепленными стержнями или пластинами разной длины 5-40 мм и шероховатостью на них в виде выступов 0,1-1,5 мм.

12. Устройство комбинированной биологической очистки, отличающееся тем, что трубопровод отвода ила установлен по внешнему периметру конической части днища аэротенка-отстойника и имеет отверстия или патрубки, расположенные под углом 0-90° к горизонтальной оси трубопровода и на расстоянии 0,2-1,0 м друг от друга.

13. Устройство комбинированной биологической очистки, отличающееся тем, что в системе орошения биофильтров расстояния от верхних торцов сливных патрубков лотков до дисковых отражателей составляют 0,8-2 м, а расстояния между центрами лотков и расстояния между осями патрубков в лотках составляют 0,6-1,8 м, а также в системе водоструйной аэрации расстояния между обрезами аэрационных колонн верхней части составляют 50-500 мм, и расстояния между нижними обрезами аэрационных колонн составляют 0,5-3 м.

14. Устройство биореактора, отличающееся тем, что к пластмассовым или керамическим листам прикреплены стержни или пластинки длиной 10-100 мм с отверстиями 3-30 мм, причем расстояния между стержнями или пластинками и диаметры отверстий уменьшаются от низа к верху загрузки, на листах, стержнях или пластинках имеются выступы 0,1-1,5 мм, и в структуру материала загрузки включены соединения металлов.

15. Устройство анаэробного биореактора, отличающееся тем, что трубы подачи циркулирующей жидкости заглублены на 0,3-2,5 м, установлены под углами наклона от 0 до 70° к центральной оси и снабжены тангенциально направленными патрубками.