СПОСОБ ОЧИСТКИ АММОНИЙСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2013 года по МПК C02F3/30 C02F101/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу очистки аммонийсодержащих сточных вод в деаммонифицирующей установке для очистки сточных вод, в котором аммоний с помощью аэробных окисляющих бактерий (АОБ) сначала преобразуется в нитрит и далее с помощью анаэробных окисляющих бактерий (АМОКС или АНАММОКС), в частности бактерий планктомицетов, аммоний и нитрит преобразуются в элементарный азот, причем образующийся избыточный ил отводится из отстойника.

Уровень техники

В WO 97/33839 А1 описан способ очистки сточных вод, в котором в результате биологической обработки активным илом изменяют микробный состав стоков, активный ил отделяют от сточных вод с измененным микробным составом и подвергают переработке, из переработанного активного ила удаляют воду и полученную из ила оборотную воду возвращают на стадию биологической обработки.

Из ЕР 0634370 А1 известен способ очистки азотосодержащих сточных вод с использованием илов в качестве субстрата.

В ЕР 0383674 А1 описан способ биологической очистки сточных вод, в частности, для нитрификации и/или денитрификации азотосодержащих сточных вод, а из ЕР 0949206 А1 также известен способ биологической денитрификации сточных вод. Другой способ очистки сточных вод описан в US 2, 337, 507 A.

В настоящее время в традиционных очистных установках биологическая нитрификация/денитрификация используется почти исключительно для элиминации азота. Под элиминацией азота понимают преобразование имеющихся биологических соединений азота, таких как аммоний (NH₄), нитрит (NO₂) и нитрат (NO₃), в элементарный азот (N₂), который в виде конечного продукта отводится в атмосферу. При нитрификации аммоний окисляется кислородом до нитрата через промежуточный продукт нитрит. При последующей денитрификации нитрат на первом этапе восстановления переводят в нитрит, а на втором - в азот. Недостатком биологической нитрификации/денитрификации является высокий расход кислорода и, как следствие, высокий расход энергии. К тому же, при денитрификации потребляется органический углерод, что отрицательно влияет на свойства ила и последующий процесс очистки.

В отличие от нитрификации/денитрификации при деаммонификации расходуется в два раза меньше кислорода и наполовину уменьшается расход энергии при элиминации азота. Деаммонификация - это автотрофный процесс, для которого не требуется органический углерод, что делает более стабильным последующий процесс очистки.

Деаммонификация - это эффективный способ биологической элиминации азота, например, при очистке сточных вод с высокой концентрацией аммония. В биологической деаммонификации с использованием суспендированной биомассы участвуют две группы бактерий; с одной стороны, это аэробные окисляющие бактерии (АОБ), преобразующие аммоний в нитрит, и, с другой стороны, это анаэробные, окисляющие аммоний и продуцирующие элементарный азот бактерии (АМОКС), предпочтительно планктомицеты, которые реализуют данный этап с помощью продуцированного ранее нитрита.

Аэробные, окисляющие аммоний бактерии (АОБ) продуцируют в отношении материального баланса больше бактериальной массы, чем анаэробные, окисляющие аммоний бактерии (АМОКС). Поэтому время выдержки ила в одноиловой системе должно быть, по меньшей мере, столь длительным, чтобы могли накопиться медленнорастущие анаэробные окисляющие аммоний бактерии (АМОКС).

Способ биологической одноступенчатой деаммонификации известен из уровня техники и описан в WO 2007/033393 А1. Способы одноступенчатой и двухступенчатой деаммонификации также раскрыты в ЕР 0391023 В1, ЕР 0327184 В1 и WO 00/05176 А1.

Недостатком при этом является, в частности, существенно длительный срок генерации анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), который в десять раз превышает срок генерации аэробных окисляющих аммоний бактерий (АОБ). По этой причине стабильная система может образоваться только в том случае, когда продолжительность выдержки ила или бактерий в отстойнике будет достаточно большой. Это, в свою очередь, требует больших реакционных объемов и соответственно выполненных отстойников.

Кроме того, основой существования и роста анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС) является достаточно высокая температура сточных вод (>25°С). Однако подогрев сточных вод является энергетически очень затратным, поэтому описанные способы очистки сточных вод с низкой температурой не являются рентабельно применимыми или реализуемыми.

Кроме того, присутствие некоторых групп бактерий (таких как NOB) является неблагоприятным, так как в аэробных условиях они превращают нитрат в нитрит. Эта группа бактерий имеет по сравнению с анаэробными, окисляющими аммоний бактериями (АМОКС) в десять раз более короткий срок генерации. Для компенсации таких разных сроков генерации бактерий пришли к выводу о необходимости проведения аэрированной фазы одноиловой системы при очень низком уровне расхода O₂ (<0,4 мг O₂/л). При этом образующие нитрат бактерии (NOB) не получают или получают очень мало кислорода для преобразования нитрита, что, в свою очередь, является благоприятным фактором для анаэробных окисляющих аммоний бактерий (АМОКС). Однако недостатком уменьшенной подачи кислорода при аэрации является то, что и аэробное превращение аммония в нитрит ограничено кислородом и в результате протекает очень медленно.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача создания усовершенствованного и рентабельно реализуемого способа очистки аммонийсодержащих сточных вод.

Данная задача решается посредством способа, содержащего признаки пункта 1 формулы изобретения. Другие варианты выполнения способа согласно изобретению приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с изобретением предлагается способ, в котором отводимый избыточный ил сепарируется на тяжелую фракцию, в которой содержится большая часть анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), и легкую фракцию, причем тяжелую фракцию возвращают в очистную установку и/или улавливают и подают в другую установку, а легкую фракцию удаляют. Планктомицеты обладают очень быстрым ростом при плотности 10¹⁰ бактерий/мл. Путем удаления легкой фракции и возвращения тяжелой фракции в отстойник можно увеличить концентрацию в группе медленнорастущих анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС). Предлагаемый в изобретении способ очистки позволяет до 30% увеличить долю окисляющих аммоний анаэробных бактерий (АМОКС), которая составит, например, в одноиловой системе для полного удаления азота, например, при очистке сточных вод с высокой концентрацией азота и при неспецифичном отводе ила менее 10% от биомассы. Это позволит, соответственно, уменьшить реакционный объем отстойника и повысить стабильность процесса в установке. Ингредиенты сточных вод, более тяжелые, чем планктомицеты, необходимо отделять перед поступлением в установку очистки с активным илом, так как в противном случае они также будут размножаться в этой системе. Такое отделение проводится в первичном отстойнике или аэротенк-отстойниках, которые могут иметь небольшие размеры вследствие высокой скорости осаждения планктомицетов. Установка очистки с активным илом может быть выполнена, в частности, в виде одноступенчатой установки с одним отстойником или в виде установки с несколькими отстойниками.

Температура сточных вод, влияющая на существование и рост анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), благодаря способу согласно изобретению больше не имеет решающего значения, вследствие чего деаммонификация может эффективно и надежно применяться для сточных вод с температурой около 10°С. Однако температура влияет на любые бактерии одинаково в той или иной мере (например, скорость превращения удваивается при каждом новом повышении температуры на 10 градусов). Правда, при обычной деаммонификации в установке с одним отстойником при низкой температуре не требовался бы столь большой объем отстойника, что это стало бы нерентабельным. Удержание анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), которые известны также как АНАММОКС, способом согласно изобретению позволяет эффективно проводить процесс и при низких температурах.

Вследствие возврата тяжелой фракции и связанной с этим концентрации доля анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС) по отношению к образующим нитрат бактериям (NOB) смещается в пользу анаэробных, окисляющих аммиак бактерий (АМОКС). Благодаря этому процесс нитрификации/денитрификации все больше сдвигается в сторону деаммонификации. При этом также можно использовать аэрированную фазу в начале процесса с повышенным содержанием O₂ (>0,4 мг O₂/л), что позволит более чем в 2 раза повысить эффективность образования нитрита с помощью аэробных окисляющих аммоний бактерий (АОБ).

Кроме того, с помощью способа согласно изобретению можно существенно сократить срок ввода в эксплуатацию новой установки очистки сточных вод, так как доля анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), необходимая для надежного осуществления процесса деаммонификации, может быть гораздо быстрее обеспечена подачей тяжелой фракции из другой установки. Особо предпочтительный вариант развития данного способа достигается за счет того, что сепарация избыточного ила на тяжелую и легкую фракции проводится в гидроциклоне. Благодаря гидроциклону, называемому также центробежным сепаратором, можно особенно быстро и надежно разделять избыточный ил на тяжелую фракцию, которая через нижний слив гидроциклона возвращается в отстойник, и легкую фракцию, которая через верхний слив отводится из системы.

В альтернативном варианте выполнения способа согласно изобретению предусмотрена сепарация избыточного ила на тяжелую и легкую фракции посредством центрифуги. Сепарация ила в центрифуге на тяжелую и легкую фракции основана на использовании инерционности массы. Тяжелая фракция ила с более высокой плотностью вследствие инерции перемещается наружу и вытесняет к середине центрифуги более легкую фракцию с меньшей плотностью. Кроме того, сепарацию избыточного ила на легкую и тяжелую фракции можно производить посредством седиментации. При этом разделение на тяжелую и легкую фракции осуществляется за счет силы гравитации.

Краткое описание чертежей

Изобретение допускает разные варианты своего выполнения.

Для дополнительного пояснения основного принципа на чертежах представлены два варианта выполнения, описываемые ниже.

При этом изображено:

фиг.1 - принципиальная схема установки с одним отстойником для очистки аммонийсодержащих сточных вод;

фиг.2 - принципиальная схема установки для очистки аммонийсодержащих сточных вод с активным илом.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана очистная установка 1 с одним отстойником для очистки аммонийсодержащих сточных вод 3. Очистная установка 1 содержит отстойник 2 для аммонийсодержащих сточных вод 3, подводящую линию 4, аэрационное устройство 5 и сливное устройство 6. Сначала аммоний, содержащийся в сточных водах 3, переводится с помощью аэробных окисляющих бактерий (АОБ) в нитрит. Затем аммоний и образованный нитрит с помощью анаэробных окисляющих бактерий (АМОКС), в частности планктомицетов, переводятся в элементарный азот. Посредством насоса 7 избыточный ил, образующийся в ходе реакции, отводится в гидроциклон 8. В гидроциклоне 8 избыточный ил разделяется на тяжелую фракцию, в которой содержится большая часть анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), и легкую фракцию. Легкая фракция через верхний слив 9 гидроциклона 8 отводится и затем удаляется, а тяжелая фракция через нижний слив 10 гидроциклона 8 возвращается в отстойник 2 очистной установки 1.

На фиг.2 показана установка 11 с активным илом для очистки аммонийсодержащих сточных вод 3. Сточные воды 3 из первичного отстойника 12 через аэротенк 13, в котором осуществляется аэрация сточных вод 3, поступают во вторичный отстойник 14. Во вторичном отстойнике 14 активный ил путем седиментации отделяется от сточных вод и частично возвращается в аэротенк 13 в качестве обратного ила или удаляется в виде избыточного ила. Посредством насоса 7 часть избыточного ила подается в гидроциклон. В гидроциклоне 8 избыточный ил разделяется на тяжелую фракцию, в которой содержится большая часть анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), и легкую фракцию.

Легкая фракция через верхний слив 9 гидроциклона 8 отводится и затем удаляется, а тяжелая фракция возвращается через нижний слив 10 гидроциклона 8 в аэротенк 13.

Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод с высокой концентрацией аммония. Способ реализуют в деаммонифицирующей установке для очистки сточных вод с активным илом. Для осуществления способа сначала с помощью аэробных окисляющих бактерий (АОБ) аммоний превращают в нитрит, а затем посредством анаэробных окисляющих бактерий (АМОКС), в частности планктомицетов, аммоний и нитрит преобразуют в элементарный азот. Избыточный ил отводят и разделяют на тяжелую фракцию, в которой содержится большая часть анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), и легкую фракцию. Тяжелую фракцию возвращают в установку или отстойник и/или улавливают и подают в другую установку, а легкую фракцию удаляют. Способ обеспечивает полное удаление азота при уменьшении реакционного объема отстойника и повышении стабильности процесса очистки в установке за счет увеличения до 30% доли анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС). 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод в деаммонифицирующей установке для очистки сточных вод с активным илом, в котором сначала посредством аэробных, окисляющих аммоний бактерий (АОБ), превращают аммоний в нитрит и затем посредством анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), в частности планктомицетов, превращают аммоний и нитрит в элементарный азот, а избыток образующегося во время осуществления способа активного ила отводят из отстойника, отличающийся тем, что отводимый избыточный ил разделяют на тяжелую фракцию, в которой содержится большая часть анаэробных, окисляющих аммоний бактерий (АМОКС), и легкую фракцию, причем тяжелую фракцию возвращают в установку и/или улавливают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сепарацию избыточного ила на тяжелую и легкую фракцию осуществляют в гидроциклоне.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сепарацию избыточного ила на тяжелую и легкую фракции осуществляют в центрифуге.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сепарацию избыточного ила на тяжелую и легкую фракции осуществляют путем седиментации.