СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК C02F3/12 C02F1/72 C02F101/16 

Группа изобретений относится к промышленной биотехнологии и экологии и может быть использовано для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод.

Известен способ биологической очистки высококонцентрированных сточных вод (патент РФ №2121461, C02F 3/30, опубл. 10.11.1998). Сточные воды обрабатывают в аэротенке бактериальным илом на основе нитрифицирующих и денитрифицирующих бактерий при рН среды не менее 7,0 с возвратом бактериального ила обратно в цикл. Сточные воды пропускают через аэротенк со скоростью, обеспечивающей удельную нагрузку по аммонийному азоту 0,03-0,4 кг на 1 м³ полезного объема аэротенка в сутки при непрерывном аэрировании воды во всем объеме аэротенка. Недостаток известного способа заключается в невозможности одновременного осуществления нитрификации и денитрификации при непрерывном аэрировании.

Известен способ биохимической очистки сточных вод активным илом (патент РФ №2031859, C02F 3/02, опубл. 27.03.1995) путем мутагенной обработки промышленных и бытовых сточных вод. Для интенсификации процесса мутагенной обработки, снижения расхода мутагена, повышения качества и эффективности очистки сточных вод активным илом активный ил в количестве 0,0001-0,001 об. % непрерывно обрабатывают химическим мутагеном в соотношении мутаген: активный ил 1:10000-1:30000 с предварительной подготовкой по схеме - уплотнение - аэробная стабилизация - уплотнение. Недостатком указанного способа является токсичность мутагентов, т.к. большинство из них не только сильные яды, но и канцерогены. Указанные реагенты разрешены для использования только в научных учреждениях с соблюдением соответствующих мер безопасности и не могут быть применены в промышленности.

Известен способ биологической очистки сточных вод от фенола (патент РФ №2188164, C02F 3/02, опубл. 27.08.2002) путем совместного и одновременного окисления фенолов активным илом и перекисью водорода. Активный ил предварительно адаптируют в течение 1,5-3 месяцев к высоким концентрациям фенола не более 3,0 г/л и перекиси водорода не более 3,0 г/л без уменьшения интенсивности биологического окисления. Недостатком указанного способа является долгий период адаптации активного ила и очень большой расход перекиси водорода, которая используется как химический окислитель фенолов, что приводит к увеличению времени пуска очистных сооружений.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу (прототипом) является способ биологической очистки сточных вод от органических соединений (патент РФ №2209186, C02F 3/02, опубл. 27.07.2003) путем окисления фенолов активным илом в периодическом режиме с дополнительным внесением высококонцентрированных сточных вод порциями не более 5 г/л по фенолам и перекиси водорода порциями не более 20 г/л непосредственно в среду биоокисления в течение всего процесса без оттока жидкой среды. Микроорганизмы активного ила предварительно адаптируют к концентрациям фенола не более 2,0 г/л и перекиси водорода не более 3,0 г/л без уменьшения интенсивности биологического окисления. Недостатком данного способа является очень большой расход перекиси водорода, которая используется как химический окислитель фенолов, и периодический режим работы, что приводит к значительным объемам очистных сооружений.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому устройству является система биологической очистки сточных вод (А.с. SU №1481211, C02F 3/02, опубл. 23.05.89), содержащая аэротенк, первичный и вторичный отстойники, насосную станцию, трубопроводы подачи исходных и очищенных стоков, иловой смеси и возвратного активного ила. С целью повышения устойчивости работы при неравномерном поступлении сточных вод система снабжена перепускными трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой. Недостатком указанного устройства является нарушение устойчивости работы при попадании токсикантов со сточной водой, а также низкая эффективность известного устройства при удалении фосфатов.

В законодательных актах Российской Федерации к сточным водам, которые сбрасываются в водоемы рыбохозяйственного назначения, предъявляются очень жесткие требования, особенно это касается биогенных веществ. Очистные сооружения, работающие по классической схеме очистки, не в состоянии обеспечить требуемое качество. Применение химических реагентов, специальных сорбентов, обработка сточных вод различными видами излучений значительно удорожает процесс очистки.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является разработка эффективного способа биологической очистки сточных вод от биогенных веществ до уровня, разрешающего сброс очищенных сточных вод в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений, является повышение эффективности процесса очистки сточных вод от биогенных веществ.

Технический результат достигается за счет того, что в способе биологической очистки сточных вод активным илом, включающем обработку активного ила перекисью водорода, не менее 70% активного ила подвергают обработке перекисью водорода в течение 2 часов в непрерывном режиме с внесением перекиси водорода в количестве от 2 до 4 (масс. %) от абсолютно сухого вещества (АСВ) активного ила при постоянном перемешивании.

Указанный технический результат достигается в устройстве биологической очистки сточных вод, содержащем первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, последовательно соединенные между собой, насосную станцию, емкость для обработки активного ила, емкость для хранения перекиси водорода, насос-дозатор подачи перекиси водорода и насос для подачи активного ила. Первый вход первичного отстойника предназначен для подачи сточных вод в устройство, а выход первичного отстойника соединен с первым входом аэротенка, выход которого соединен с входом вторичного отстойника. Первый выход вторичного отстойника предназначен для отвода очищенной воды, а второй выход вторичного отстойника соединен параллельно с первым входом емкости для обработки активного ила через насосную станцию и со вторым входом первичного отстойника. Емкость для хранения перекиси водорода через насос-дозатор соединена со вторым входом емкости для обработки активного ила. Выход емкости для обработки активного ила через насос для подачи активного ила соединен со вторым входом аэротенка.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства для очистки сточных вод.

Устройство содержит первичный отстойник (1), аэротенк (3), снабженный системой подачи воздуха, вторичный отстойник (2), насосную станцию (6) для подачи сгущенного активного ила в емкость (4) для обработки активного ила перекисью водорода, снабженную системой подачи воздуха и выполненную с возможностью обеспечения 2-часового нахождения активного ила в ней (объем емкости рассчитывают, исходя из требований к производительности предлагаемого устройства), емкость (5) для хранения перекиси водорода, насос-дозатор (7) для подачи перекиси водорода из емкости (5) для хранения перекиси водорода в емкость (4) для обработки активного ила и насос (8) для подачи активного ила из емкости (4) для обработки активного ила в аэротенк (3). Первый вход первичного отстойника (1) предназначен для подачи сточных вод на очистку, а выход первичного отстойника (1) соединен с первым входом аэротенка (3), выход которого соединен с входом вторичного отстойника (2). Первый выход вторичного отстойника (2) предназначен для отвода очищенной воды, а второй выход вторичного отстойника (2) соединен параллельно с первым входом емкости (4) для обработки активного ила через насосную станцию (6) и со вторым входом первичного отстойника (1). Емкость (5) для хранения перекиси водорода через насос-дозатор (7) соединена со вторым входом емкости (4) для обработки активного ила, выход которой через насос (8) для подачи активного ила соединен со вторым входом аэротенка (3). Все соединения выполнены с помощью трубопроводов (на схеме не показаны).

Сточные воды, подлежащие очистке, подают в первичный отстойник (1), откуда после отстаивания их по трубопроводу подают в аэротенк (3). В аэротенке (3) под действием биоценоза микроорганизмов активного ила происходит потребление органических и биогенных веществ, находящихся в сточных водах. Из аэротенка (3) очищенную воду подают во вторичный отстойник (2), в котором под действием гравитационных сил происходит осветление очищенных сточных вод и сгущение иловой суспензии. Очищенные сточные воды из вторичного отстойника (2) отводят из устройства. Часть сгущенной иловой суспензии с помощью насосной станции (6) подают в емкость (4) для обработки активного ила, а оставшуюся часть (избыточный активный ил) подают в первичный отстойник (1). Экспериментальным путем установлено, что для достижения требуемых параметров очистки необходимо обработать перекисью водорода не менее 70% от общего количества рециркулируемого активного ила. Объем емкости (4) для обработки активного ила рассчитан на 2-часовое нахождение в ней активного ила. В емкость (4) для обработки активного ила насосом-дозатором (7) непрерывно подают перекись водорода из емкости (5) для хранения перекиси водорода в количестве от 2 до 4 (масс. %) от АСВ активного ила (в пересчете на 100%-ную). Перемешивание полученной смеси в емкости (4) для обработки активного ила осуществляют воздухом, который подают с интенсивностью от 2 м³ до 10 м³ воздуха на 1 м³ полезного объема емкости (4) в час. После обработки ила перекисью водорода иловую суспензию посредством насоса (8) для подачи иловой смеси направляют в аэротенк (3), где и осуществляют процесс очистки сточных вод за счет интенсификации потребления загрязнений активным илом. Таким образом происходит достижение нормативных значений загрязняющих веществ, позволяющих осуществлять сброс очищенной воды в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Пример осуществления способа.

В первичный отстойник (1), объем которого 3,5 л, подавали сточные воды с объемным расходом 1 л/ч. Рабочий объем аэротенка (3) составлял 22,2 л. Расчетная величина объемного расхода потока жидкости из аэротенка (3) во вторичный отстойник (2) - 1,85 л/ч. Расчетным путем определяли среднее значение АСВ в аэротенке (3) (Рухлядева А.П. Справочник для работников лабораторий спиртовых заводов. М.: Пищевая промышленность, 1979, с. 232), которое составило 0,886 г/л. В аэротенк подавали воздух с объемным расходом 100 л/ч для того, чтобы обеспечить интенсивное перемешивание. Известно, что сгущение активного ила во вторичном отстойнике происходит в среднем в 2 раза (Яковлев С.В. Канализация. М.: Стройиздат, 1975, с. 632), следовательно, АСВ сгущенного активного ила, направляемого на регенерацию, составило 1,77 г/л. Объемный расход сгущенного активного ила, направляемого на регенерацию, составил 0,85 л/ч. Расчетный объем емкости для обработки активного ила (из условия обеспечения обработки активного ила в течение 2 ч) равен 1,7 л. Количество АСВ активного ила в емкости (4) для обработки активного ила - 3 г. В емкость (4) для обработки активного ила подавали воздух с объемным расходом 3 л/ч. Необходимое количество перекиси водорода для обработки активного ила (в данном случае 1,5% от АСВ активного ила) составило 0,045 г 100%-ного раствора перекиси водорода. Для обработки активного ила использовали 30%-ный раствор пероксида водорода, т.е. в емкость (4) добавили 0,15 г указанного раствора.

Оптимальное количество перекиси водорода для обработки активного ила и оптимальное время обработки активного ила перекисью водорода определяли экспериментальным путем. Во всех экспериментах начальные параметры сточной воды: ХПК (химическое потребление кислорода) =400±40 мг/л; БПК (биологическое потребление кислорода) =350±35 мг/л; концентрация фосфатов 6±2 мг/л; концентрация аммонийного азота 40±5 мг/л. Температуру поддерживали в диапазоне 18-20°C.

Пример 1. Перекись водорода вносили в количестве 1,5% от АСВ активного ила, время обработки активного ила перекисью водорода составляло 2 ч.

Пример 2. Осуществлялся так же, как пример 1, но перекись водорода вносили в количестве 2% от АСВ активного ила, время обработки активного ила перекисью водорода составляло 2 ч.

Пример 3. Осуществлялся так же, как пример 1, но перекись водорода вносили в количестве 4% от АСВ активного ила, время обработки активного ила перекисью водорода составляло 2 ч.

Пример 4. Осуществлялся так же, как пример 1, но перекись водорода вносили в количестве 4,5% от АСВ активного ила, время обработки активного ила перекисью водорода составляло 2 ч.

Далее определили оптимальное время обработки активного ила перекисью водорода.

Пример 5. Осуществлялся так же, как пример 1, но перекись водорода вносили в количестве 2% от АСВ активного ила, а время обработки активного ила перекисью водорода составляло 1 ч.

Пример 6. Осуществлялся так же, как пример 1, но перекись водорода вносили в количестве 2% от АСВ активного ила, а время обработки активного ила перекисью водорода составляло 2 ч.

Пример 7. Осуществлялся так же, как пример 1, но перекись водорода вносили в количестве 2% от АСВ активного ила, а время обработки активного ила перекисью водорода составляло 3 ч.

Пример 8. Осуществлялся так же, как пример 1, но перекись водорода вносили в количестве 2% от АСВ активного ила, а время обработки активного ила перекисью водорода составляло 4 ч.

Полученные экспериментальные данные приведены в таблицах 1 и 2.

В результате проведенных экспериментов установили оптимальную концентрацию перекиси водорода для обработки активного ила, которая составляет от 2 до 4 (масс. %) от АСВ активного ила и оптимальное время обработки активного ила перекисью водорода, которое составляет 2 часа.

Под действием перекиси водорода биоценоз активного ила образует плотные агломераты (гранулы), о чем свидетельствуют фотографии биоценоза «ДО» и «ПОСЛЕ» обработки его в течение 2 часов, при концентрации перекиси водорода 3% от АСВ активного ила.

Такое состояние иловой суспензии характеризуется накоплением медленнорастущих микроорганизмов внутри гранулы, например фосфораккумулирующих. Кроме того, из-за того что внутри гранул образуются анаэробные условия, а снаружи аэробные, в одном агломерате протекают процессы и нитрификации, и денитрификации.

Таким образом, предлагаемая группа изобретений позволяет повысить эффективность процесса очистки сточных вод за счет уменьшения необходимого для обработки активного ила количества перекиси водорода, непрерывного режима процесса очистки, а также за счет нахождения возвратного ила в емкости для обработки ила, что позволяет увеличить время развития для медленно растущих, например, фосфораккумулирующих микроорганизмов.

Группа изобретений может быть использована для биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Для осуществления способа не менее 70% активного ила подвергают обработке пероксидом водорода в течение 2 часов в непрерывном режиме с внесением пероксида водорода в количестве от 2 до 4 (масс. %) от абсолютно сухого вещества активного ила при постоянном перемешивании. Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит первичный отстойник (1), аэротенк (3), вторичный отстойник (2), насос (6), емкость для обработки активного ила (4), емкость для хранения пероксида водорода (5), насос-дозатор подачи пероксида водорода (7) и насос для подачи активного ила (8). Выход первичного отстойника (1) соединен с первым входом аэротенка (3), выход которого соединен с входом вторичного отстойника (2). Выход вторичного отстойника (2) соединен параллельно с первым входом емкости для обработки активного ила (4) через насос (6) и со вторым входом первичного отстойника (1). Емкость (5) для хранения перекиси водорода через насос-дозатор (7) соединена со вторым входом емкости (4) для обработки активного ила, а выход емкости (4) через насос (8) для подачи активного ила соединен со вторым входом аэротенка (3). Изобретения обеспечивают повышение эффективности процесса очистки сточных вод от биогенных веществ. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 8 пр.

1. Способ биологической очистки сточных вод активным илом, включающий обработку активного ила перекисью водорода, отличающийся тем, что не менее 70% активного ила подвергают обработке перекисью водорода в течение 2 часов в непрерывном режиме с внесением перекиси водорода в количестве от 2 до 4 (масс.%) от абсолютно сухого вещества активного ила при постоянном перемешивании.

2. Устройство биологической очистки сточных вод по п. 1, включающее первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, последовательно соединенные между собой, и насосную станцию, отличающееся тем, что содержит емкость для обработки активного ила, емкость для хранения перекиси водорода, насос-дозатор подачи перекиси водорода и насос для подачи активного ила, при этом первый вход первичного отстойника предназначен для подачи сточных вод в устройство, а выход первичного отстойника соединен с первым входом аэротенка, выход которого соединен с входом вторичного отстойника, первый выход вторичного отстойника предназначен для отвода очищенной воды, а второй выход вторичного отстойника соединен параллельно с первым входом емкости для обработки активного ила через насосную станцию и со вторым входом первичного отстойника, емкость для хранения перекиси водорода через насос-дозатор соединена со вторым входом емкости для обработки активного ила, а выход емкости для обработки активного ила через насос для подачи активного ила соединен со вторым входом аэротенка.