СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2017 года по МПК C02F3/12 C02F101/30 

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к области очистки сточных вод, в частности, к способам биологической очистки сточных вод, и может быть использовано для очистки хозяйственно-бытовых, городских и близких к ним по составу производственных сточных вод, загрязненных биоразлагаемыми органическими соединениями, как при новом строительстве, так и для реконструкции действующих очистных сооружений.

Одним из первоочередных природоохранных требований является повышение качества очистки сточных вод, отводимых в водные объекты. Чем выше качество очистки сточных вод, тем меньше отрицательное техногенное воздействие на окружающую природную среду.

В процессе биологической очистки сточных вод образуется вторичное загрязнение - избыточный активный ил. Для обезвоживания и утилизации избыточного активного ила могут быть использованы иловые площадки, для которых требуется значительное отчуждение земель, а также энерго- и трудозатраты, или специальные реагенты и оборудование, что в свою очередь приводит к повышению эксплуатационных затрат.

Проблема сокращения объемов образующегося в процессе биологической очистки сточных вод избыточного активного ила в настоящее время является весьма актуальной.

Известны многочисленные способы биологической очистки сточных вод, направленные на сокращение количества избыточного активного ила, как путем воздействия на активный ил, отводимый из вторичного отстойника, так и на сам избыточный активный ил.

Известен способ биологической очистки сточных вод, согласно которому ведут механическую обработку исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды из очистных сооружений, при этом циркуляционный активный ил возвращают в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, избыточный активный ил, выводимый из вторичного отстойника, подвергают физико-механической обработке для стимулирования процесса выделения микроорганизмами внеклеточных биополимеров, повышения за счет этого биофлокулирующей способности иловой смеси и увеличения концентрации биокоагулянта в ней, при этом часть обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а другую часть со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, причем процессы перемешивания указанных суспензий ведут в условиях максимального использования биофлокулирующей способности обработанной иловой смеси путем подбора режимов перемешивания по времени, интенсивности и характеру взаимодействия коагулирующих агентов с дисперсными твердыми и коллоидными частицами, а вид и режимы физико-механической обработки активного ила выбирают исходя из условия полного исчерпания белковых запасов клеток для обеспечения максимальной концентрации внеклеточных биополимеров в обрабатываемой среде. /Патент РФ №2073648, C02F 3/02, 1997 г./.

Недостатками известного способа является то, что при обработке только объема избыточного активного ила происходит уничтожение микроорганизмов ила и обработанная часть активного ила изымается из процесса биологического окисления. Используются только биополимеры, ускоряющие процесс флокуляции загрязнений, циркуляционный ил, подаваемый из вторичных отстойников в аэротенк и непосредственно принимающий участие в процессе биоокисления органических загрязнений, не подвергается обработке, следовательно, его метаболическая активность не изменяется, при этом повышаются эксплуатационные затраты.

Известен способ биологической очистки сточных вод, согласно которому ведут механическую обработку исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу циркуляционного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, физико-механическую обработку циркуляционного активного ила и отвод очищенной воды из очистных сооружений, отличающийся тем, что физико-механическую обработку циркуляционного активного ила осуществляют путем ультразвукового воздействия в роторном аппарате с модуляцией потока перед подачей в аэротенк до получения флокул с размерами, обеспечивающими полную седиментацию активного ила, при этом одновременно с циркуляционным активным илом в роторный аппарат с модуляцией потока подают атмосферный воздух и производят диспергирование ило-воздушной смеси и ее насыщение растворенным кислородом. /Патент РФ №2388705, C02F 3/02, 2007 г./.

Недостатками известного способа являются высокие эксплуатационные затраты из-за обработки циркуляционного активного ила в роторном аппарате и дополнительного расхода воздуха на аэрацию для окисления в аэротенке обработанного циркуляционного активного ила, а также то, что используемая технология не позволяет снизить количество образующихся осадков, в том числе избыточного активного ила.

Известен способ биологической очистки сточных вод, согласно которому ведут отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу возвратного (циркуляционного) активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды из очистных сооружений, при этом избыточный активный ил подвергают гидромеханическому воздействию с интенсивностью 500-3000 Дж/кг микробной массы × с, 70-80% обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а 20-30% - со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, при этом процессы перемешивания указанных суспензий ведут в течение 10-20 мин с интенсивностью, соответствующей безразмерному коэффициенту Рейнольдса Re=2000-4000 /Патент РФ №2535989, C02F 3/00, C02F 3/02, 2014 г./.

Недостатком известного способа являются высокие эксплуатационные затраты на аппараты гидромеханического воздействия, а также то, что общее количество осадка не сокращается, а меняется только технология его обработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ биологической очистки сточных вод по классической схеме, включающей подачу сточной воды после первичных отстойников в аэротенк, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу циркуляционного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из очистных сооружений и отвод очищенной воды /Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев «Водоотведение и очистка сточных вод». - МГСУ, Издательство Ассоциации строительных вузов, Москва, 2006, с. 248-250, рис. 11.7/.

Недостатками известного способа являются невысокие показатели очистки сточных вод и большое количество образующегося избыточного активного ила, который требует дальнейшей обработки и утилизации, что влечет за собой значительные эксплуатационные затраты.

Процесс биологической очистки в аэротенках сопровождается существенным приростом биомассы, что приводит к значительному количеству избыточного активного ила, направляемого на сооружения обработки осадков сточных вод.

Технический результат, полученный от использования предложенного способа, заключается в снижении эксплуатационных затрат за счет сокращения количества избыточного активного ила при одновременном повышении качества очищенной воды по соединениям азота, а также по таким показателям, как химическое потребление кислорода (ХПК) и биологическое потребление кислорода за 5 суток (БПК₅).

Технический результат достигается за счет того, что в способе биологической очистки сточных вод, включающем обработку сточных вод в аэротенке, отделение активного ила от очищенной воды во вторичном отстойнике, подачу циркуляционного активного ила после осаждения во вторичном отстойнике в аэротенк и удаление избыточного активного ила на сооружения обработки осадков сточных вод, избыточный активный ил удаляют в количестве 1/60-1/100 от суммарной массы активного ила в аэротенке и вторичном отстойнике в сутки.

Предпочтительно избыточный активный ил удаляют после осаждения во вторичном отстойнике.

Как вариант, избыточный активный ил удаляют из аэротенка.

Схемы биологической очистки сточных вод приведены на чертежах: на Фиг. 1 - с удалением избыточного активного ила после осаждения во вторичном отстойнике; на Фиг. 2 - с удалением избыточного активного ила из аэротенка, где 1 - подача исходной сточной воды на очистку, 2 - аэротенк, 3 - иловая смесь, 4 - вторичный отстойник, 5 - очищенная сточная вода, 6 - осажденный активный ил из вторичного отстойника, 7 - циркуляционный активный ил, 8 - избыточный активный ил.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную сточную воду 1 после механической очистки направляют в аэротенк 2, в котором подвергают обработке совместно с активным илом. Иловую смесь 3 из аэротенка 2 направляют во вторичный отстойник 4, где ее разделяют на очищенную воду 5 и осажденный активный ил 6, циркуляционный активный ил 7 возвращают в аэротенк 2, а избыточный активный ил 8 удаляют после осаждения во вторичном отстойнике 4 (Фиг. 1) или из аэротенка 2 (Фиг. 2) и направляют на сооружения обработки осадков сточных вод. Избыточный активный ил 8 удаляют в количестве 1/60-1/100 от суммарной массы ила в аэротенке 2 и вторичном отстойнике 4 в сутки. Удаление избыточного активного ила в количестве более 1/60 и менее 1/100 от суммарной массы активного ила в аэротенке 2 и вторичном отстойнике 4 в сутки приводит к снижению степени очистки сточных вод по ХПК, БПК и соединениям азота.

В процессе эксплуатации аэротенков в условиях поддержания фиксированной отбавки избыточного активного ила стабилизируется физиологическое состояние биоценоза и соответственно процессов, осуществляемых им. При фиксированной ежесуточной отбавке избыточного ила в количестве 1/60-1/100 от суммарной массы ила в аэротенке и вторичном отстойнике формируется биоценоз с таким набором микроорганизмов, который позволяет достигать стабильных качественных показателей очищенной воды и устойчивой работы сооружений. При этом прирост активного ила значительно уменьшается.

Пример осуществления способа.

Оценка проводилась при сравнении работы двух аналогичных очередей очистных сооружений. Производительность каждой очереди была в пределах 75000-87000 м³/сут. В опытной очереди был сформирован единый биоценоз активного ила и организована отбавка избыточного активного ила, которая составляла 1/42-1/120 долю от массы ила в аэротенке и вторичном отстойнике в сутки. Удаление избыточного активного ила осуществляли из аэротенка посредством эрлифта, который в течение заданного времени откачивал избыточный ил на сооружения обработки осадков сточных вод. Количество удаленного избыточного ила из очереди определялось по времени работы эрлифта в пересчете на сухое вещество (СВ), возможно удаление избыточного активного ила насосами после осаждения во вторичном отстойнике на сооружения обработки осадков сточных вод. В контрольной очереди избыточный активный ил удалялся по стандартной схеме, принятой для очистных сооружений, из конца распределительного канала циркуляционного активного ила из вторичных отстойников посредством насоса, который перекачивал избыточный активный ил на сооружения обработки осадков сточных вод. Количество удаленного избыточного ила из очереди определялось по времени работы насоса в пересчете на сухое вещество (СВ). Данные результатов работы опытной и контрольной очередей очистных сооружений канализации (ОСК) приведены в Таблице.

Сравнительные данные работы опытной и контрольной очередей ОСК.

Анализ полученных данных показывает, что уменьшение доли избыточного активного ила, отбавляемого по предложенному способу, по сравнению с объемом удаляемого ила по стандартной технологии, применяемой на всех ОСК, позволяет не только уменьшить количество избыточного активного ила, подаваемого на сооружения обработки осадков сточных вод, но и улучшить качественные показатели очищенной воды по ХПК, БПК и соединениям азота.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод, загрязненных биоразлагаемыми органическими соединениями. Осуществляют обработку сточных вод в аэротенке. Отделяют активный ил от очищенной воды во вторичном отстойнике. Подают циркуляционный активный ил после осаждения во вторичном отстойнике в аэротенк. Удаляют избыточный активный ил на сооружения обработки осадков сточных вод в количестве 1/60-1/100 от суммарной массы ила в аэротенке и вторичном отстойнике в сутки. Обеспечивается сокращение объема избыточного активного ила при одновременном повышении качества очищенной воды по ХПК, БПК и соединениям азота. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ биологической очистки сточных вод, включающий обработку сточных вод в аэротенке, отделение активного ила от очищенной воды во вторичном отстойнике, подачу циркуляционного активного ила после осаждения во вторичном отстойнике в аэротенк и удаление избыточного активного ила на сооружения обработки осадков сточных вод, отличающийся тем, что избыточный активный ил удаляют в количестве 1/60-1/100 от суммарной массы активного ила в аэротенке и вторичном отстойнике в сутки.

2. Способ биологической очистки сточных вод по п. 1, отличающийся тем, что избыточный активный ил удаляют после осаждения во вторичном отстойнике.

3. Способ биологической очистки сточных вод по п. 1, отличающийся тем, что избыточный активный ил удаляют из аэротенка.