СПОСОБ ГЛУБОКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И АЗОТА АММОНИЙНЫХ СОЛЕЙ Российский патент 2015 года по МПК C02F3/30 C02F101/16 C02F101/30 

Изобретение относится к области очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод от органических соединений и азота аммонийных солей и может быть использовано для очистки сточных вод как от отдельно стоящих жилых зданий, комплексов, поселков, так и больших городов при реконструкции существующих и строительстве новых канализационных очистных сооружений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Способ глубокой биологической очистки сточных вод от азота аммонийных солей» (патент RU N2185338 с приоритетом от 31.05.2000 г. ). Способ включает обработку сточной воды в чередующихся зонах с пониженным кислородным режимом и аэробным режимом с последующим отстаиванием биологически очищенной воды и рециркуляционного активного ила в количестве 100% от объема поступающих сточных вод с распределением его в зоны с пониженным содержанием кислорода, при этом 60% исходной воды подается в первую зону с пониженным кислородным режимом, а в следующую зону с пониженным кислородным режимом - 40%.

Недостатками известного способа являются:

- невысокая стабильность системы при залповых сбросах трудноокисляемых сточных вод;

- переизбыток электроэнергии на подачу воздуха в аэробные зоны (6-7 мгO₂/л);

- большое время отстаивания биологически очищенной воды - 2,5-3,0 часа.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение стабильности системы к залповым сбросам и другим аварийным ситуациям; снижение потребления электроэнергии; уменьшение времени отстаивания биологически очищенных сточных вод до 1-1,5 часов.

Технический результат достигается тем, что сначала сточную воду в полном объеме обрабатывают в зонах с пониженным кислородным режимом, а затем в аэробных зонах с помощью прикрепленных микроорганизмов, при этом рециркулируемая смесь сточной воды и свободноплавающего активного ила из последней аэробной зоны подается в начало первой зоны с пониженным кислородным режимом в количестве 120-150%) от всего объема поступающей сточной воды; наращивание прикрепленных микроорганизмов производят на инертном материале «Поливом» с удельной площадью в первой зоне с пониженным кислородным режимом 17 м²/м³, во второй зоне - 21 м²/м³ и в зонах с аэробным режимом - 24 м²/м³, при гидравлической нагрузке соответственно не выше: 1,38; 0,43; 0,32 м³/м² носителя, обработку сточной воды в зонах с пониженным кислородным режимом осуществляют соответственно в течение 1,4 и 3,4 часа; в зонах с аэробным режимом - 2,6 и 1,4 часа.

Концентрацию кислорода в зонах с аэробным режимом поддерживают в количестве 4-5 мг/л. Отстаивание очищенной воды производят в течение 1-1,5 часа.

На рисунке представлена схема способа глубокой биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота аммонийных солей, где:

1 - зона пониженного кислородного режима с удельной площадью носителя 17 м²/м³;

2 - зона пониженного кислородного режима с удельной площадью поверхности 21 м²/м³;

3 и 4 - зоны аэробного режима с удельной площадью носителя 24 м²/м³;

5 - отстойник.

Способ очистки осуществляется следующим образом. Всю исходную сточную воду подают в первую зону (1) с пониженным кислородным режимом, сюда же рециркулируют из последней аэробной зоны (4) смесь биологически очищенной воды со свободноплавающим активным илом в количестве 120-150% от объема сточной воды. Смешанный поток пропускают поочередно через все зоны в восходяще-нисходящем или нисходяще-восходящем направлении, омывая при этом плоскостной инертный носитель с наросшими на нем микроорганизмами. Процесс денитрификации в предлагаемом способе происходит без использования внешнего источника углерода, то есть используются органические вещества, содержащиеся в самой сточной воде, т.е. очищаемая сточная вода проходит через специфические, селективные для каждой зоны прикрепленных микроорганизмов, которые последовательно окисляют загрязнения, что обуславливает высокое качество очистки сточных вод. В зонах с пониженным кислородным режимом (1 и 2) поддерживают концентрацию кислорода 0,5 мг/л, в аэробных зонах (3 и 4) - 4-5 мг/л. Удельная площадь поверхности плоскостного носителя составляла в зоне (1) - 17 м²/м³, в зоне (2) - 21 м²/м³, в зонах 3 и 4 - 24 м²/м³. Гидравлическая нагрузка на инертный носитель составляла соответственно: 1,38; 0,43 и 0,32 м³/м². В отстойнике (5) осуществляют отделение очищенной воды от активного ила, который выводят из системы на дальнейшую обработку.

Пример: предлагаемая схема была отработана на пилотной установке на базе НИЛ РМВСС кафедры водоотведения МГСУ. Сточную воду с характеристикой по загрязнениям: БПК₅=190-250 мг/л, аммонийный азот NH₄ ⁺=20-30 мг/л, фосфор по PO₄ ^3-=7-8 мг/л, подавали на биологическую очистку, сюда же после зоны (4) направляли рециркулирующую воду в количестве 120-150% от общего объема поступающей сточной воды. Удельная площадь поверхности плоскостного носителя «Поливом» составляла в зоне (1)-17 м²/м³, в зоне(2) - 21 м²/м³, в зонах 3 и 4 - 24 м²/м³. Гидравлическая нагрузка на инертный носитель составляла соответственно: 1,38; 0,43 и 0,32 м³/м². Средняя концентрация прикрепленных микроорганизмов в зоне (1) - 2,7 г/л; в зоне (2) - 1,8 г/л; в зонах (3 и 4) - 0,9 г/л. При этом окислительная мощность составила соответственно: 1,32; 0,074 и 0,01 кг БПК₅ на 1 м³ в сутки. Время обработки сточной воды было принято в зоне (1) - 1,4 часа, в зоне (2) - 3,4 часа, в зоне (3) - 2,6 часа, в зоне (4) - 1,4 часа; время отстаивания -1,5 часа.

Уже на выходе из зоны (3) концентрация загрязнений по БПК₅ не превышала 3,7 мг/л и азота аммонийных солей - 0,3 мг/л. Показатели очищенной воды (БПК, азот аммонийный, в-в вещества) после осветления в отстойнике были ниже ПДК для отвода сточных вод в водоемы рыбохозяйственного значения.

С целью определения стабильности очистки сточных вод по предлагаемому способу неоднократно отключали подачу воздуха на 5-10 часов и полностью сливали из установки воду, заполняя ее сточной водой исходного состава. Через сутки после запуска установки все показатели очистки восстанавливались.

Таким образом, при сравнении очистки сточных вод по предлагаемому способу и наиболее близкому по технической сущности (RU N2185338), реализованному при реконструкции очистных сооружений г. Коломны, следует отметить следующее:

- на восстановление работоспособности системы очистки сточных вод по предлагаемому способу требуется около суток после аварийной ситуации, а по известному способу не менее недели, что свидетельствует о стабильности и жизнестойкости предлагаемого способа;

- в аэробных зонах предлагаемого способа потребность кислорода составляет 4-5 мг/л, а в существующем - 6-8 мг/л, за счет чего возможна экономия электроэнергии;

- для осветления биологически очищенных сточных вод по предлагаемому способу требуется не более 1,5 часа за счет того, что оседает отработанная биопленка, сорбируя на себе свободноплавающий активный ил, а в известном способе время осветления составляет 2,5-3,0 часа, т.е. объем вторичных отстойников может быть сокращен почти в 2 раза.

Предлагаемый способ может быть применен в действующих аэротенках-вытеснителях после их несложной реконструкции, а также при строительстве новых очистных сооружений.

Изобретение может быть использовано для биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод от органических соединений и азота аммонийных солей. Исходную сточную воду обрабатывают в чередующихся зонах с пониженным кислородным режимом и аэробным режимом с последующим отстаиванием биологически очищенной воды и рециркуляцией активного ила. Сначала сточную воду обрабатывают в двух зонах с пониженным кислородным режимом, где наращивание прикрепленных микроорганизмов производят на плоскостном инертном материале при удельной его площади поверхности в первой зоне 17 м²/м³ и во второй - 21 м²/м³ и гидравлической нагрузке в первой зоне не выше 1,38 м³/м² носителя и во второй - 0,43 м³/м² носителя. Затем обработку ведут в двух аэробных зонах при удельной площади инертного загрузочного материала 24 м²/м³ и гидравлической нагрузке 0,32 м³/м² носителя в каждой. При этом рециркулируемую смесь сточной воды и активного ила из последней аэробной зоны подают в начало первой зоны в количестве 120-150% от объема поступающей сточной воды. Концентрацию кислорода в зонах с пониженным кислородным режимом поддерживают в количестве 0,5 мг/л, а в аэробных зонах - 4-5 мг/л. Отстаивание очищенной воды осуществляют в течение 1-1,5 часа. Способ обеспечивает повышение стабильности процессов очистки, снижение энергозатрат на подачу воздуха, уменьшение объема вторичных отстойников в 2 раза. 1 пр., 1 табл., 3 з.п. ф-лы.

1. Способ глубокой биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота аммонийных солей, включающий обработку сточной воды в чередующихся зонах с пониженным кислородным режимом и аэробным режимом с последующим отстаиванием биологически очищенной воды и рециркуляцией активного ила, отличающийся тем, что сначала сточную воду обрабатывают в двух зонах с пониженным кислородным режимом, где наращивание прикрепленных микроорганизмов производят на плоскостном инертном материале при удельной его площади поверхности в первой зоне 17 м²/м³ и во второй - 21 м²/м³ и гидравлической нагрузке в первой не выше 1,38 м³/м² носителя и во второй - 0,43 м³/м² носителя, а затем в двух аэробных зонах при удельной площади инертного загрузочного материала 24 м²/м³ и гидравлической нагрузке 0,32 м³/м² носителя в каждой с помощью прикрепленных микроорганизмов, при этом рециркулируемую смесь сточной воды и свободноплавающего активного ила из последней аэробной зоны подают в начало первой зоны с пониженным кислородным режимом в количестве 120-150% от объема поступающей сточной воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку сточной воды в первой зоне с пониженным кислородным режимом проводят в течение 1,4 часа, во второй зоне - 3,4 часа; а в первой аэробной зоне - 2,6 часов, во второй зоне - 1,4 часа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрацию кислорода в аэробных зонах поддерживают в количестве 4-5 мг/л.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отстаивание биологически очищенной воды осуществляют в течение 1-1,5 часа.