СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2017 года по МПК C02F9/14 C02F3/30 C02F3/12 B01D21/02 

Область техники

Изобретение относится к области биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, осуществляемой в системе аэротенк-вторичный отстойник.

Уровень техники

В нестерильных условиях аэротенка на многокомпонентном субстрате сточных вод происходит естественный отбор определенных форм микроорганизмов, которые образуют биоценозы, характерные для используемой технологии биологической очистки. Формой существования биоценозов микроорганизмов очистных сооружений является активный ил, подобный илу рек и озер, но содержащий значительно больше живых микроорганизмов. В состав биоценоза активного ила входят различные виды бактерий, способных окислять различные компоненты.

В настоящее время разработан ряд технологических схем биологической очистки сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, таких как «Йоханнесбургский процесс», «Технология Кейптаунского университета» и «процесс Барденфо». Вышеупомянутые процессы биологической очистки предусматривают культивирование аэробных, факультативных и анаэробных бактерий в системе биологической очистки аэротенк-вторичный отстойник, для чего по длине аэротенка в определенной последовательности выделяются различные зоны (аэробные, аноксидные и анаэробные).

Общим недостатком указанных схем является отсутствие возможности управления эффективностью процесса биологической очистки за счет изменения объема анаэробной зоны. Кроме того, в большинстве перечисленных технологических схем для обеспечения эффективного удаления азота предусмотрена нитратная рециркуляция иловой смеси с выхода аэротенка на вход аноксидной зоны, что приводит к дополнительным капитальным и эксплуатационным расходам на биологическую очистку.

Также известны различные способы биологической очистки сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, суть которых заключается в создании в аэротенке анаэробных, аноксидных и аэробных зон в различной последовательности. При этом для эффективного удаления соединений азота и фосфора требуется наличие одного или даже двух контуров внутренней рециркуляции иловой смеси.

Примерами таких способов являются Bardenpho, UCT, модифицированный UCT-метод, Йоханнесбургский метод ISAH (см. Хенце М. Биологическая очистка сточных вод. – М.: Мир, 2004. – 480 с.).

К недостаткам вышеназванных способов можно отнести повышенные затраты на их реализацию (требуется прокладка трубопроводов, оснащенных обратными клапанами и установка насосов рециркуляции иловой смеси) и повышенные эксплуатационные расходы (затраты электроэнергии на работу рециркуляционных насосов, затраты на обслуживание и ремонт насосов и трубопроводов).

Другим недостатком, присущим указанным технологиям, является отсутствие возможности гибкого управления процессом биологической дефосфотации за счет изменения объема анаэробной зоны, что крайне затрудняет обеспечение стабильной и эффективной биологической очистки по фосфору.

В патенте РФ № 2570002 (опубл. 10.12.2015) раскрыт способ биологической очистки сточных вод в аэротенке, имеющем последовательно чередующиеся анаэробную, аэробную, аноксидную, вторую аэробную зоны, внешний рецикл возвратного ила из вторичного отстойника в анаэробную зону, подачу сжатого воздуха по воздухопроводам в аэробную и вторую аэробную зоны, исходную сточную воду направляют в анаэробную и аноксидную зоны. При этом после второй аэробной зоны последовательно предусмотрены вторая аноксидная зона и третья аэробная зона, внутренний рецикл из третьей аэробной зоны в аноксидную зону. Исходную сточную воду направляют в соотношении 50÷60% в анаэробную зону, 30÷40% в аноксидную зону и 0÷20% во вторую аноксидную зону, возвратный активный ил после отстаивания перекачивается из вторичного отстойника в анаэробную зону в соотношении 50÷100% соответственно от объема поступающих на очистку сточных вод.

К недостаткам данного способа можно отнести то, что возвратный ил, который всегда содержит нитраты, подается в анаэробную зону, что замедляет основные процессы анаэробиоза, следствием чего является резкое снижение эффективности очистки от фосфора, а также то, что подача сточной воды в аэротенк осуществляется тремя потоками: в анаэробную и две аноксидные зоны, что значительно усложняет управление процессом биологической очистки (распределение сточной воды по параллельно работающим секциям требует проведения трудоемких замеров гидрометрической вертушкой), указанный подход потенциально ограничивает возможности биологического удаления фосфора. Кроме того, достаточно большое количество граничащих друг с другом аэробных и безкислородных (анаэробной и аноксидных) зон может нарушать кислородный режим в безкислородных зонах, следствием чего будет являться неэффективное использование части объема этих зон (примыкающего к аэробным зонам), а также, возможно, снижение эффективности очистки по соединениям азота и фосфора. Особенно данная проблема актуальна для двух аноксидных зон денитрификации, расположенных между первой и второй, второй и третьей аэробными зонами нитрификации. Сообщение (обратные течения) между аэробными и безкислородными зонами нежелательно, т.к. появление нитратов и растворенного кислорода в анаэробной зоне и растворенного кислорода в аноксидной зоне моментально замедляет основные процессы анаэробиоза и аноксии.

Еще одним недостатком указанного способа является отсутствие возможности гибкого управления процессом биологической очистки за счет изменения объема анаэробных, аноксидных и аэробных зон, что затрудняет обеспечение стабильной и эффективной биологической очистки по соединениям азота и фосфора.

Более того, обязательное наличие контура внутренней (нитратной) рециркуляции иловой смеси будет приводить к повышенным затратам на реализацию способа (требуется прокладка оснащенных обратными клапанами трубопроводов и установка насосов рециркуляции иловой смеси), а также повышенным эксплуатационным расходам (затраты электроэнергии на работу рециркуляционных насосов, затраты на обслуживание и ремонт насосов и трубопроводов).

Из уровня техники (патент РФ №2239607, опубл. 10.11.2004, и патент РФ № 2304083, опубл. 10.08.2007) известны установки для биологической очистки сточных вод, содержащей аэротенк, разделенный вертикальными перегородками на ступени, оснащенные аэрационными системами и носителями прикрепленной микрофлоры, выполненными в виде вертикальных плоских экранов. Предложенные технические решения значительно снижают металлоемкость установки и повышают стабильность эффективности очистки сточных вод от органических и взвешенных веществ и растворенных соединений азота.

К общим недостаткам технических решений, раскрытых в указанных патентах, можно отнести невозможность обеспечения глубокой очистки сточных вод от фосфора, для осуществления которой необходимо чередование анаэробных и аэробных зон, а также невысокую эффективность очистки от нитратов.

Кроме того, из патента РФ № 2294899 (опубл. 10.03.2007) известен способ биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, который предполагает подачу сточной воды в аэротенк коридорного типа и обработку воды активным илом в образованных по всей длине аэротенка, по меньшей мере, по одной анаэробной, аноксидной и аэробной зонах, отделение активного ила и его рециркуляцию. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка размещают загрузку для иммобилизации микроорганизмов в виде блоков плоскостной загрузки, каждый из которых образован из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка осуществляют перемешивание иловой смеси посредством ее крупнопузырчатой аэрации таким образом, чтобы обеспечить циркуляцию иловой смеси через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/сек. В аэробной зоне осуществляют мелкопузырчатую аэрацию иловой смеси придонными пористыми аэраторами. Крупнопузырчатую аэрацию иловой смеси в анаэробной и аноксидной зонах осуществляют придонными перфорированными аэраторами.

Однако данному способу биологической очистки присущи следующие недостатки.

Использование блоков плоскостной загрузки может привести к ряду недостатков, среди которых необходимость предотвращения процессов загнивания биомассы, прикрепляющейся к поверхности блоков плоскостной загрузки, а также ненадежная работа технологии биологической очистки в целом, т.к. в сточных водах постоянно присутствует мелкий мусор, который практически ни при каких условиях не может быть полностью задержан на этапах предварительной очистки и, попадая в биореактор, забивает блоки плоскостной загрузки, что делает невозможным циркуляцию через них сточной воды и приводит к необходимости остановки технологического процесса для проведения очистки или замены блоков, а при отсутствии возможности очистки блоков значительная часть объема биореактора, занятая блоками плоскостной загрузки, не только перестает участвовать в процессе очистки, но и является причиной вторичного загрязнения сточных вод соединениями азота и фосфора, приводит, как описано выше, к появлению опасных организмов.

Кроме того, установка в аэротенке блоков плоскостной загрузки, а тем более оборудования, необходимого для их обслуживания, требует существенных капитальных вложений.

Применение крупнопузырчатой системы аэрации также имеет ряд недостатков.

Так, при понижении температуры поступающих на очистку сточных вод до 13°С наблюдаются непреодолимые трудности с поддержанием низких концентраций растворенного кислорода. В этот период концентрация растворенного кислорода достигает максимальных значений 0,4 мгО₂/л, что делает невозможным поддержание эффективной денитрификации, а тем более создание строго анаэробных условий, необходимых для эффективного биологического удаления фосфора.

Для создания аноксидных и анаэробных условий интенсивность крупнопузырчатой аэрации должна быть максимально снижена, при этом минимально допустимая интенсивность аэрации определяется началом осаждения ила. Для предотвращения осаждения ила в аноксидных и анаэробных зонах требуется постоянный контроль интенсивности аэрации путем регулировки задвижек подачи воздуха. В силу специфики работы аэрационных систем регулировка подачи воздуха в аноксидные и анаэробные зоны не может быть автоматизирована и должна осуществляться вручную. На больших очистных сооружениях (производительностью по сточной воде 1 млн куб. м/сутки и выше) количество задвижек подачи воздуха достигает нескольких сотен, значительная часть из которых – задвижки подачи воздуха в аноксидные и анаэробные зоны. На практике это приводит к тому, что регулярный контроль и поддержание требуемого уровня интенсивности аэрации в аноксидных и анаэробных зонах не производится, а для предотвращения осаждения ила при регулировке подачи воздуха в анаэробные и аноксидные зоны устанавливается несколько большая интенсивность аэрации, нежели необходима для предотвращения осаждения ила. В результате не только нарушается кислородный режим в анаэробных и аноксидных зонах (более высокая интенсивность аэрации приводит к росту концентрации растворенного кислорода), снижается эффективность очистки по соединениям азота и фосфора, но и растут эксплуатационные расходы на очистку сточных вод (работа воздуходувных агрегатов, осуществляющих подачу воздуха в аэротенк, составляет около 60% всего энергопотребления городских очистных сооружений, а в некоторых случаях превышает 80 %).

Недостатком данной технологии является подача сточной воды в аэротенк тремя потоками на вход аноксидных и анаэробной зон. Помимо того что подача сточной воды тремя потоками значительно усложняет управление процессом биологической очистки (распределение сточной воды по параллельно работающим секциям требует проведения трудоемких замеров гидрометрической вертушкой), указанный подход потенциально ограничивает возможности биологического удаления фосфора. Общеизвестно, что развитие «фосфорных» бактерий, которые осуществляют эффективную очистку от фосфора, напрямую связано с количеством поступающего в анаэробную зону органического субстрата, который содержится в исходной сточной воде. Таким образом, при подаче даже некоторой части потока сточной воды в первую аноксидную зону потенциальная эффективность биологической очистки от фосфора будет снижаться.

Кроме того, необходимо отметить, что к недостаткам технологии следует отнести слабую «защищенность» анаэробной зоны (нитраты и растворенный кислород отсутствуют). В частном варианте исполнения способа для «защиты» анаэробной зоны от нитратов возвратного ила предусмотрена первая аноксидная зона, назначение которой заключается в полном удалении нитратов из возвратного ила перед его поступлением в последующую анаэробную зону. В случае увеличения содержания нитратного азота в потоке возвратного ила первая аноксидная зона не будет справляться с удалением всего количества нитратного азота и его часть будет поступать в анаэробную зону, в результате чего условия в ней фактически будут становиться аноксидными (отсутствует растворенный кислород, но присутствует химически связанный кислород в виде нитратов), что приведет к существенному снижению эффективности биологической очистки от соединений фосфора.

Еще одним недостатком вышеупомянутого способа является отсутствие возможности гибкого управления процессом биологической очистки за счет изменения объема анаэробных, аноксидных и аэробных зон, что крайне затрудняет обеспечение стабильной и эффективной биологической очистки по соединениям азота и фосфора.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемым решениям является установка для биологической очистки сточных вод, а также способ, реализуемый на данной установке, описанные в статье (Е.М. Крючихин, А.Н. Николаев, Н.А. Жильникова, Н.Ю. Большаков. Методы очистки городских сточных вод от биогенных элементов/Журнал Сантехника, Отопление, кондиционирование, 2006, №8, с. 24-26, рис.2). Установка включает аэротенк коридорного типа и предполагает обработку воды активным илом в последовательно расположенных по длине аэротенка пяти зонах: первой аноксидной зоне (зоне денитрификации), анаэробной зоне, второй аноксидной зоне (зоне денитрификации), переходной аноксидно-аэробной зоне и аэробной зоне (зоне нитрификации). Сточная вода при этом подается в первую аноксидную, анаэробную и вторую аноксидную зоны.

Данному способу и установке для биологической очистки также присущи недостатки. В схеме процесса, являющегося модификацией технологии JHB, заявлена аноксидно-аэробная зона. При этом оборудование, предусмотренное в зоне, – трубчатые пористые аэраторы «Креал». Данные аэраторы относятся к типу мелкопузырчатых незащищенных (без подвижной мембраны) аэраторов. Использование в зоне аэротенка только мелкопузырчатых аэраторов позволяет создать только аэробные условия и, вследствие эффективной массопередачи кислорода, не позволяет создать аноксидные условия. В случае прекращения аэрации использование незащищенных (без подвижной мембраны) аэраторов приведет к осаждению ила, забиванию пор аэратора взвешенными частицами, последующей закупорке пор и, как следствие, необходимости проведения замены аэрационной системы.

Использование блоков плоскостной загрузки может привести к ряду недостатков, среди которых необходимость предотвращения процессов загнивания биомассы, прикрепляющейся к поверхности блоков плоскостной загрузки, а также ненадежная работа технологии биологической очистки в целом, т.к. в сточных водах постоянно присутствует мелкий мусор, который практически ни при каких условиях не может быть полностью задержан на этапах предварительной очистки и, попадая в биореактор, забивает блоки плоскостной загрузки, что делает невозможным циркуляцию через них сточной воды и приводит к необходимости остановки технологического процесса для проведения очистки или замены блоков, а при отсутствии возможности очистки блоков значительная часть объема биореактора, занятая блоками плоскостной загрузки, не только перестает участвовать в процессе очистки, но и является причиной вторичного загрязнения сточных вод соединениями азота и фосфора, приводит, как описано выше, к появлению опасных организмов.

Кроме того, установка в аэротенке блоков плоскостной загрузки, а тем более оборудования, необходимого для их обслуживания, требует существенных капитальных вложений.

Применение крупнопузырчатой системы аэрации также имеет ряд недостатков.

Так, при понижении температуры поступающих на очистку сточных вод до 13°С наблюдаются непреодолимые трудности с поддержанием низких концентраций растворенного кислорода. В этот период концентрация растворенного кислорода достигает максимальных значений 0,4 мгО₂/л, что делает невозможным поддержание эффективной денитрификации, а тем более создание строго анаэробных условий, необходимых для эффективного биологического удаления фосфора.

Для создания аноксидных и анаэробных условий интенсивность крупнопузырчатой аэрации должна быть максимально снижена, при этом минимально допустимая интенсивность аэрации определяется началом осаждения ила. Для предотвращения осаждения ила в аноксидных и анаэробных зонах требуется постоянный контроль интенсивности аэрации путем регулировки задвижек подачи воздуха. В силу специфики работы аэрационных систем регулировка подачи воздуха в аноксидные и анаэробные зоны не может быть автоматизирована и должна осуществляться вручную. На больших очистных сооружениях (производительностью по сточной воде 1 млн куб. м/сутки и выше) количество задвижек подачи воздуха достигает нескольких сотен, значительная часть из которых – задвижки подачи воздуха в аноксидные и анаэробные зоны. На практике это приводит к тому, что регулярный контроль и поддержание требуемого уровня интенсивности аэрации в аноксидных и анаэробных зонах не производится, а для предотвращения осаждения ила при регулировке подачи воздуха в анаэробные и аноксидные зоны устанавливается несколько большая интенсивность аэрации, нежели необходима для предотвращения осаждения ила. В результате не только нарушается кислородный режим в анаэробных и аноксидных зонах (более высокая интенсивность аэрации приводит к росту концентрации растворенного кислорода), снижается эффективность очистки по соединениям азота и фосфора, но и растут эксплуатационные расходы на очистку сточных вод (работа воздуходувных агрегатов, осуществляющих подачу воздуха в аэротенк, составляет около 60% всего энергопотребления городских очистных сооружений, а в некоторых случаях превышает 80 %).

Еще одним недостатком данной технологии является подача сточной воды в аэротенк тремя потоками на вход аноксидных и анаэробной зон. Помимо того что подача сточной воды тремя потоками значительно усложняет управление процессом биологической очистки (распределение сточной воды по параллельно работающим секциям требует проведения трудоемких замеров гидрометрической вертушкой), указанный подход потенциально ограничивает возможности биологического удаления фосфора. Общеизвестно, что развитие «фосфорных» бактерий, которые осуществляют эффективную очистку от фосфора, напрямую связано с количеством поступающего в анаэробную зону органического субстрата, который содержится в исходной сточной воде. Таким образом, при подаче даже некоторой части потока сточной воды в первую аноксидную зону потенциальная эффективность биологической очистки от фосфора будет снижаться.

Кроме того, к недостаткам технологии следует отнести слабую «защищенность» анаэробной зоны (нитраты и растворенный кислород отсутствуют). Для «защиты» анаэробной зоны от нитратов возвратного ила предусмотрена первая аноксидная зона, назначение которой заключается в полном удалении нитратов из возвратного ила перед его поступлением в последующую анаэробную зону. В случае увеличения содержания нитратного азота в потоке возвратного ила первая аноксидная зона не будет справляться с удалением всего количества нитратного азота и его часть будет поступать в анаэробную зону, в результате чего условия в ней фактически будут становиться аноксидными (отсутствует растворенный кислород, но присутствует химически связанный кислород в виде нитратов), что приведет к существенному снижению эффективности биологической очистки от соединений фосфора.

Еще одним недостатком вышеупомянутого способа является фактическое отсутствие возможности гибкого управления процессом биологической очистки за счет изменения объема анаэробных, аноксидных и аэробных зон, что затрудняет обеспечение стабильной и эффективной биологической очистки по соединениям азота и фосфора.

Таким образом, в уровне техники на данный момент существует потребность в способе биологической очистки сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, лишенном вышеуказанных недостатков.

Задачей, на решение которой направлена настоящая группа изобретений, является усовершенствование процесса биологической очистки сточных вод от органических веществ, а также соединений азота и фосфора.

Еще одной задачей заявляемой группы изобретений является создание новой возможности гибкого управления процессом биологической очистки в аэротенке за счет регулирования соотношения между различными видами микроорганизмов внутри биоценоза активного ила, а также снижение капитальных затрат на оборудование.

Для решения вышеуказанных задач предложен способ биологической очистки сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, включающий подачу сточной воды в аэротенк коридорного типа и обработку воды активным илом в образованных по всей длине аэротенка по меньшей мере по одной анаэробной, аноксидной, аэробной и переходной зонах, отделение активного ила во вторичном отстойнике и его рециркуляцию, который предполагает обработку воды активным илом по меньшей мере в одной переходной анаэробно-аэробной (AN/N) зоне, а также установка для осуществления вышеуказанного способа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной группы изобретений, является обеспечение надежной работы системы биологической очистки аэротенк-отстойник, обеспечение стабильности и эффективности биологической очистки сточных вод от органических веществ, а также соединений азота и фосфора.

Кроме того, использование заявленной группы изобретений позволяет уменьшить капитальные затраты на строительство, модернизацию и реконструкцию очистных сооружений (благодаря отсутствию затрат на рециркуляционные трубопроводы, оснащенные обратными клапанами, и установку насосов рециркуляции иловой смеси), снизить эксплуатационные расходы (за счет отсутствия затрат на ремонт рециркуляционных насосов, на электроснабжение для целей рециркуляции), что в конечном итоге приводит к снижению себестоимости очистки сточных вод.

Обработка сточной воды в переходной зоне позволяет гибко управлять процессом биологической очистки за счет изменения объема зоны аэротенка, граничащей с соответствующей переходной зоной.

В соответствии с основной идеей настоящего изобретения обработку сточной воды в аэротенке можно осуществлять как только в переходной анаэробно-аэробной (AN/N) зоне, так и в двух переходных зонах (переходной анаэробно-аэробной (AN/N) и переходной аноксидно-аэробной (D/N) зонах).

В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения способ предполагает обработку воды активным илом и в анаэробно-аэробной (AN/N) и в аноксидно-аэробной (D/N) зонах, что обеспечивает глубокую очистку сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора. В данном случае способ включает подачу сточной воды в аэротенк, ее обработку в последовательно расположенных первой аноксидной (D1), анаэробной (AN), переходной анаэробно-аэробной (AN/N), первой аэробной (N1), второй аноксидной (D2), переходной аноксидно-аэробной (D/N) и второй аэробной зонах аэротенка, а также отделение активного ила во вторичном отстойнике и его рециркуляцию.

Для интенсификации биологической очистки от фосфора переходная анаэробно-аэробная (AN/N) зона может быть переведена в анаэробный режим работы путем отключения подачи воздуха и включения механических перемешивающих устройств. Одновременно с этим переходная аноксидно-аэробная (D/N) зона может быть переведена в аэробный режим работы путем отключения механических перемешивающих устройств и включения подачи воздуха.

Для интенсификации биологической очистки от растворенных соединений азота переходная анаэробно-аэробная (AN/N) зона может быть переведена в аэробный режим работы путем включения подачи воздуха и отключения механических перемешивающих устройств, а переходная аноксидно-аэробная (D/N) зона может быть переведена в аноксидный режим работы путем отключения подачи воздуха и включения механических перемешивающих устройств.

В другом предпочтительном варианте выполнения способ предполагает обработку воды активным илом только в переходной анаэробно-аэробной (AN/N) зоне, что обеспечивает интенсификацию процесса удаления фосфора.

Согласно одному варианту выполнения способа обработку воды выполняют в последовательно расположенных первой аноксидной (D1), анаэробной (AN), переходной анаэробно-аэробной (AN/N), первой аэробной (N1), второй аноксидной (D2) и второй аэробной зонах аэротенка.

В анаэробной и аноксидных зонах аэротенка перемешивание иловой смеси осуществляют посредством механических перемешивающих устройств.

В аэробных зонах осуществляют мелкопузырчатую аэрацию иловой смеси аэраторами, в частности защищенными дисковыми аэраторами с подвижной мембраной, которая смыкается при прекращении подачи воздуха, тем самым предупреждая засорение пор.

В переходных анаэробно-аэробной и аноксидно-аэробной зонах устанавливаются и механические перемешивающие устройства, и защищенные аэраторы.

В одном предпочтительном варианте в переходных зонах используют механические мешалки и защищенные дисковые аэраторы с подвижной мембраной.

Использование механических перемешивающих устройств и защищенных дисковых аэраторов с подвижной мембраной, которая смыкается при прекращении подачи воздуха, позволяет избежать засорения пор и эксплуатировать переходные зоны либо в аэробном, либо в анаэробном, либо в аноксидном режимах.

В одном варианте выполнения предлагаемого способа биологической очистки предусмотрена рассредоточенная подача сточной воды, в частности двумя или тремя потоками, в различные зоны аэротенка.

В предпочтительном варианте выполнения способа одну часть потока сточной воды подают на вход анаэробной (AN) зоны, а другую часть подают на вход второй аноксидной (D2) зоны. В одном наиболее предпочтительном варианте на вход анаэробной (AN) зоны подают большую часть потока сточной воды, а оставшуюся часть подают на вход второй аноксидной (D2) зоны. Однако при необходимости интенсификации процесса денитрификации (в зоне D1) сточная вода может подаваться также и на вход первой аноксидной (D1) зоны.

В одном варианте выполнения способ предполагает внутреннюю «нитратную» рециркуляцию ила из второй аэробной (N2) зоны в первую аэробную (N1) зону.

Согласно другому варианту выполнения способа внутреннюю «нитратную» рециркуляцию ила осуществляют из второй аэробной (N2) зоны во вторую аноксидную (D2) зону.

Кроме того, в одном варианте выполнения способ предполагает внутренний рецикл органических веществ с выхода анаэробной (AN) зоны на вход первой аноксидной (D1) зоны и/или с выхода переходной анаэробно-аэробной (AN/N) зоны на вход первой аноксидной (D1) зоны, который подразумевает возврат оставшихся после анаэробной зоны органических веществ на процесс денитрификации в зоне D1.

Настоящая группа изобретений также предлагает установку для осуществления вышеописанного способа биологической очистки сточных вод, которая содержит устройство для подачи сточной воды, аэротенк, разделенный продольными перегородками на по меньшей мере одну анаэробную, аноксидную, аэробную и переходную зоны, а также включающий механические перемешивающие устройства и аэраторы, и вторичный отстойник, в которой аэротенк содержит по меньшей мере одну переходную анаэробно-аэробную (AN/N) зону.

Как уже упоминалось выше, наличие переходной зоны позволяет гибко управлять процессом биологической очистки за счет изменения объема граничащей с ней зоны аэротенка.

В одном предпочтительном варианте выполнения установки аэротенк содержит и анаэробно-аэробную (AN/N) и аноксидно-аэробную (D/N) переходные зоны. В данном случае аэротенк разделен на последовательно расположенные первую аноксидную (D1), анаэробную (AN), переходную анаэробно-аэробную (AN/N), первую аэробную (N1), вторую аноксидную (D2), переходную аноксидно-аэробную (D/N) и вторую аэробную зоны.

В еще одном предпочтительном варианте аэротенк содержит только переходную анаэробно-аэробную (AN/N) зону. В данном варианте выполнения установки аэротенк разделен на последовательно расположенные первую аноксидную (D1), анаэробную (AN), переходную анаэробно-аэробную (AN/N), первую аэробную (N1), вторую аноксидную (D2) и вторую аэробную зоны.

Как упоминалось выше, для осуществления перемешивания иловой смеси в анаэробной и аноксидных зонах аэротенка установлены механические перемешивающие устройства.

Для осуществления мелкопузырчатой аэрации иловой смеси в аэробных зонах устанавливают аэраторы, в частности дисковые аэраторы с подвижной мембраной.

Как уже говорилось выше, для обеспечения работы переходной зоны в разных режимах устанавливают механические перемешивающие устройства и защищенные аэраторы, в частности механические мешалки и дисковые аэраторы с подвижной мембраной.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показана схема установки для осуществления способа глубокой очистки сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора согласно одному из вариантов выполнения изобретения, в которой в аэротенке предусмотрены анаэробно-аэробная (AN/N) и аноксидно-аэробная (D/N) переходные зоны.

На Фиг. 2 показана схема установки для осуществления способа очистки сточных вод согласно другому варианту выполнения изобретения, в которой в аэротенке предусмотрены анаэробно-аэробная (AN/N) и аноксидно-аэробная (D/N) переходные зоны.

На Фиг.3 показана схема установки для осуществления способа очистки сточных вод согласно еще одному варианту выполнения изобретения, в которой в аэротенке предусмотрены анаэробно-аэробная (AN/N) и аноксидно-аэробная (D/N) переходные зоны.

На Фиг.4 показана схема установки для осуществления способа очистки сточных вод согласно одному варианту выполнения изобретения, в которой в аэротенке предусмотрена одна переходная анаэробно-аэробная (AN/N) зона.

На Фиг. 5 показана схема установки для осуществления способа очистки сточных вод согласно еще одному варианту выполнения изобретения, в которой в аэротенке предусмотрена одна переходная анаэробно-аэробная (AN/N) зона.

Осуществление изобретения

На Фиг. 1 показана схема установки, предназначенной для глубокой биологической очистки сточных вод от органических веществ соединений азота и фосфора, согласно одному из вариантов выполнения изобретения.

Установка содержит устройство (1) для подачи сточной воды, аэротенк (2) и вторичный отстойник (3).

В данном примере аэротенк (2) имеет прямоугольную форму, однако необходимо понимать, что форма аэротенка может быть любой, подходящей для конкретной установки биологической очистки.

Аэротенк (2) разделен продольными перегородками на следующие последовательно расположенные зоны:

- первую аноксидную (D1) зону (первая зона денитрификации);

- анаэробную (AN) зону;

- переходную анаэробно-аэробную (AN/N) зону (которая может работать либо в анаэробном, либо аэробном режиме);

- первую аэробную (N1) зону (первая зона нитрификации);

- вторую аноксидную (D2) зону (вторая зона денитрификации);

- переходную аноксидно-аэробную (D/N) зону (которая может работать либо в аноксидном, либо в аэробном режиме);

- вторую аэробную (N2) зону (вторая зона нитрификации).

В анаэробной (AN) и аноксидных (D1, D2) зонах аэротенка установлены механические перемешивающие устройства, например механические мешалки (4).

Для обеспечения мелкопузырчатой аэрации иловой смеси в аэробных зонах (N1, N2) аэротенка установлены аэраторы, на которые подается воздух, например дисковые аэраторы (5) с подвижной мембраной, которая смыкается при прекращении подачи воздуха, позволяет избежать засорения пор.

Переходные анаэробно-аэробная (AN/N) и аноксидно-аэробная (D/N) зоны снабжены и механическими перемешивающими устройствами и аэраторами, например механическими мешалками (4) и дисковыми аэраторами (5) с подвижной мембраной.

Способ глубокой биологической очистки, реализуемый на вышеописанной установке, включает следующие основные этапы.

С помощью устройства (1) осуществляется рассредоточенная подача сточной воды, а именно одну часть потока сточной воды подают на вход анаэробной (AN) зоны, а другую часть подают на вход второй аноксидной (D2) зоны.

Далее следует этап обработки воды активным илом в последовательно расположенных первой аноксидной (D1), анаэробной (AN), переходной анаэробно-аэробной (AN/N), первой аэробной (N1), второй аноксидной (D2), переходной аноксидно-аэробной (D/N) и второй аэробной (N2) зонах аэротенка (2), отделения активного ила во вторичном отстойнике (3) и его рециркуляции (Фиг. 1).

Возвратный ил подается в первую аноксидную(D1) зону, сточная вода подается в анаэробную (AN) и вторую аноксидную зону(D2).

Для интенсификации биологической очистки от фосфора переходная анаэробно-аэробная зона (AN/N) может быть переведена в анаэробный режим работы (Фиг. 2), что обеспечивается отключением подачи воздуха и включением механических перемешивающих устройств. Одновременно с этим переходная аноксидно-аэробная зона (D/N) может работать в аэробном режиме: в зону осуществляется подача воздуха, механические перемешивающие устройства (4) отключены. Установленные в переходной анаэробно-аэробной зоне (AN/N) защищенные дисковые аэраторы (5) с подвижной мембраной, которая смыкается при прекращении подачи воздуха, позволяют избежать засорения пор и обеспечить работоспособность аэрационной системы.

Для интенсификации биологической очистки от растворенных соединений азота переходная анаэробно-аэробная зона (AN/N) может быть переведена в аэробный режим работы (Фиг. 3), что обеспечивается включением подачи воздуха и отключением механических перемешивающих устройств (4). Одновременно с этим переходная аноксидно-аэробная зона (D/N) может работать в аноксидном режиме: подача воздуха в зону прекращается, включаются механические перемешивающие устройства (4). Установленные в переходной аноксидно-аэробной зоне (D/N) защищенные дисковые аэраторы (5) с подвижной мембраной, которая смыкается при прекращении подачи воздуха, позволяют избежать засорения пор и обеспечить работоспособность аэрационной системы.

На Фиг. 4 показана схема установки, предназначенной для глубокой биологической очистки сточных вод от органических веществ соединений азота и фосфора, согласно еще одному варианту выполнения изобретения.

Установка содержит устройство (1) для подачи сточной воды, аэротенк (2) и вторичный отстойник (3).

Аэротенк (2) разделен продольными перегородками на следующие последовательно расположенные зоны:

- первую аноксидную (D1) зону (первая зона денитрификации);

- анаэробную (AN) зону;

- переходную анаэробно-аэробную (AN/N) зону (которая может работать либо в анаэробном, либо аэробном режиме);

- первую аэробную (N1) зону (первая зона нитрификации);

- вторую аноксидную (D2) зону (вторая зона денитрификации);

- вторую аэробную (N2) зону (вторая зона нитрификации).

В анаэробной (AN) и аноксидных (D1, D2) зонах аэротенка установлены механические перемешивающие устройства, например механические мешалки (4).

Для обеспечения мелкопузырчатой аэрации иловой смеси в аэробных зонах (N1, N2) аэротенка установлены аэраторы, на которые подается воздух, например дисковые аэраторы (5) с подвижной мембраной, которая смыкается при прекращении подачи воздуха, позволяет избежать засорения пор.

Переходная анаэробно-аэробная (AN/N) зона снабжена и механическими перемешивающими устройствами и аэраторами, например механическими мешалками (4) и дисковыми аэраторами (5) с подвижной мембраной.

Способ глубокой биологической очистки, реализуемый на вышеописанной установке, включает следующие основные этапы.

С помощью устройства (1) осуществляется рассредоточенная подача сточной воды, а именно одну часть потока сточной воды подают на вход анаэробной (AN) зоны, а другую часть подают на вход второй аноксидной (D2) зоны.

Далее следует этап обработки воды активным илом в последовательно расположенных первой аноксидной (D1), анаэробной (AN), переходной анаэробно-аэробной (AN/N), первой аэробной (N1), второй аноксидной (D2) и второй аэробной (N2) зонах аэротенка (2) с последующим отделением активного ила во вторичном отстойнике (3) и его рециркуляцией (Фиг. 4).

Возвратный ил подается в первую аноксидную(D1) зону, сточная вода подается в анаэробную (AN) и вторую аноксидную зону(D2).

Для интенсификации биологической очистки от фосфора переходная анаэробно-аэробная зона (AN/N) может быть переведена в анаэробный режим работы (Фиг. 4), что обеспечивается отключением подачи воздуха и включением механических перемешивающих устройств; для интенсификации удаления растворенных соединений азота, азота нитритов и аэробного окисления органических веществ переходная анаэробно-аэробная зона (AN/N) может быть переведена в аэробный режим работы (Фиг. 5), что обеспечивается отключением механических перемешивающих устройств и включением подачи воздуха.

Изобретения относятся к биологической очистке сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора и могут быть использованы в системах аэротенк - вторичный отстойник. Способ биологической очистки сточных вод включает подачу сточной воды в аэротенк (2) коридорного типа и обработку воды активным илом в образованных по всей длине аэротенка (2) по меньшей мере по одной анаэробной (AN), аноксидной (D), аэробной (N) и переходных зонах, отделение активного ила во вторичном отстойнике (3) и его рециркуляцию. Обработку воды активным илом осуществляют в последовательно расположенных первой аноксидной (D1), анаэробной (AN), переходной анаэробно-аэробной (AN/N), первой аэробной (N1), второй аноксидной (D2), переходной аноксидно-аэробной (D/N) и второй аэробной (N2) зонах аэротенка или в последовательно расположенных первой аноксидной (D1), анаэробной (AN), переходной анаэробно-аэробной (AN/N), первой аэробной (N1), второй аноксидной (D2) и второй аэробной (N2) зонах аэротенка. Переходную анаэробно-аэробную (AN/N) зону переводят в анаэробный режим работы путем отключения подачи воздуха и включения механических перемешивающих устройств (4) либо в аэробный режим работы путем включения подачи воздуха и отключения механических перемешивающих устройств (4). Переходную аноксидно-аэробную (D/N) зону переводят в аэробный режим работы путем отключения механических перемешивающих устройств (4) и включения подачи воздуха, а в аноксидный режим работы - путем отключения подачи воздуха и включения механических перемешивающих устройств (4). Установка для осуществления способа биологической очистки содержит устройство (1) для подачи сточной воды, аэротенк (2), разделенный продольными перегородками на по меньшей мере одну анаэробную (AN), аноксидную (D), аэробную (N) и переходную зоны, включающий механические перемешивающие устройства (4) и аэраторы (5), а также вторичный отстойник (3). Изобретения позволяют обеспечить надежную работу системы биологической очистки аэротенк-отстойник, стабильность и эффектность биологической очистки сточных вод от органических веществ, а также от соединений азота и фосфора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ биологической очистки сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, включающий подачу сточной воды в аэротенк коридорного типа и обработку воды активным илом в образованных по всей длине аэротенка по меньшей мере по одной анаэробной (AN), аноксидной (D), аэробной (N) и переходной зонах, отделение активного ила во вторичном отстойнике и его рециркуляцию, отличающийся тем, что предполагает обработку воды активным илом в последовательно расположенных первой аноксидной (D1), анаэробной (AN), переходной анаэробно-аэробной (AN/N), первой аэробной (N1), второй аноксидной (D2), переходной аноксидно-аэробной (D/N) и второй аэробной (N2) зонах аэротенка, причем переходная анаэробно-аэробная (AN/N) зона переводится либо в анаэробный режим работы путем отключения подачи воздуха и включения механических перемешивающих устройств, при этом переходная аноксидно-аэробная (D/N) зона переводится в аэробный режим работы путем отключения механических перемешивающих устройств и включения подачи воздуха, либо в аэробный режим работы путем включения подачи воздуха и отключения механических перемешивающих устройств, при этом переходная аноксидно-аэробная (D/N) зона переводится в аноксидный режим работы путем отключения подачи воздуха и включения механических перемешивающих устройств, или в последовательно расположенных первой аноксидной (D1), анаэробной (AN), переходной анаэробно-аэробной (AN/N), первой аэробной (N1), второй аноксидной (D2) и второй аэробной (N2) зонах аэротенка, причем переходная анаэробно-аэробная (AN/N) зона переводится либо в анаэробный режим работы путем отключения подачи воздуха и включения механических перемешивающих устройств, либо в аэробный режим работы путем включения подачи воздуха и отключения механических перемешивающих устройств.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в переходной зоне используют механические перемешивающие устройства и защищенные аэраторы.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что используют механические мешалки и дисковые аэраторы с подвижной мембраной.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в переходной зоне используют дисковые аэраторы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предполагает рассредоточенную подачу сточной воды.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что одну часть потока сточной воды подают на вход анаэробной (AN) зоны, а другую часть подают на вход второй аноксидной (D2) зоны.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что большую часть потока сточной воды подают на вход анаэробной (AN) зоны, а оставшуюся часть подают на вход второй аноксидной (D2) зоны.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют внутреннюю «нитратную» рециркуляцию ила из второй аэробной (N2) зоны в первую аэробную (N1) зону.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют внутреннюю «нитратную» рециркуляцию ила из второй аэробной (N2) зоны во вторую аноксидную (D2) зону.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предполагает внутренний рецикл органических веществ с выхода анаэробной (AN) зоны на вход первой аноксидной (D1) зоны и/или с выхода переходной анаэробно-аэробной (AN/N) зоны на вход первой аноксидной (D1) зоны.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возвратный ил подают на вход первой аноксидной (D1) зоны.

12. Установка для осуществления способа по любому из пп. 1-11, которая содержит устройство для подачи сточной воды, аэротенк, разделенный продольными перегородками на по меньшей мере одну анаэробную (AN), аноксидную (D), аэробную (N) и переходную зоны, включающий механические перемешивающие устройства и аэраторы, а также содержит вторичный отстойник, отличающаяся тем, что аэротенк разделен на последовательно расположенные первую аноксидную (D1), анаэробную (AN), переходную анаэробно-аэробную (AN/N), первую аэробную (N1), вторую аноксидную (D2), переходную аноксидно-аэробную (D/N) и вторую аэробную (N2) зоны или на последовательно расположенные первую аноксидную (D1), анаэробную (AN), переходную анаэробно-аэробную (AN/N), первую аэробную (N1), вторую аноксидную (D2) и вторую аэробную (N2) зоны.

13. Установка по п. 12, отличающаяся тем, что переходная зона снабжена механическими перемешивающими устройствами и защищенными аэраторами.

14. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что переходная зона снабжена механическими мешалками и дисковыми аэраторами с подвижной мембраной.

15. Установка по п. 12, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна аэробная (AN) зона снабжена дисковыми аэраторами.