Способ глубокой биологической очистки сточных вод с процессом ANAMMOX биоценозом, иммобилизованным на ершовой загрузке Российский патент 2021 года по МПК C02F3/30 C02F9/14 

Изобретение относится к области биологической очистки хозяйственно-бытовых и/или близких к ним по составу производственных сточных вод независимо от концентрации органических загрязняющих веществ, идентифицируемых по биохимическому потреблению кислорода (БГЖ) и концентрации биогенных элементов и может быть использовано для очистки сточных вод промпредприятий, населенных пунктов, отдельно стоящих зданий.

Известен способ доочистки биологически очищенных сточных вод (см. патент РФ на изобретение №2105731, опубл. 27.02.1998), заключающийся в том, что биологически очищенную сточную воду подают из промежуточной емкости на фильтр с серной загрузкой для освобождения от избыточной биомассы активного ила, затем вода поступает в многосекционный биореактор, где происходят иммобилизация микробных клеток активного ила на носителях, деструкция и окисление растворенных органических соединений иммобилизованными на носителях микроорганизмами. Необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов концентрация растворенного кислорода (не менее 2 мг/л) поддерживается подачей технического воздуха отдельно в каждую секцию от общего воздуховода через вентили. При этом регенерацию носителя, расположенного в секциях биореактора, осуществляют следующим образом: полностью прекращается подача воды и воздуха в аппарат. При этом создаются анаэробные условия, происходит отрыв избытка клеток активного ила с носителя, который выносится первыми порциями воды после включения биореактора в работу (через 24 ч) и задерживается на дополнительном серном фильтре.

Недостатком данного способа является создание во всех секциях одинаковых условий по степени аэробности за счет поддержания концентрация растворенного кислорода не менее 2 мг/л. В данном способе предусматривается использование технического воздуха, что возможно и целесообразно только при наличии на предприятии технического воздуха, для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод такая система аэрации не целесообразна. Кроме этого, данный способ предполагает остановку работы секций для регенерации носителя биомассы.

Известен способ глубокой очистки сточных вод (см. патент РФ на изобретение №2339588, опубл. 27.11.2008), заключающийся в том, что после процеживания и усреднения расходов сточной воды отделение основной массы органических и минеральных примесей сточных вод осуществляют денитрификационной флотацией с использованием для получения микропузырьков газа азота нитратов очищенной воды или внесение их в рециркулирующую очищаемую воду в виде реагента и прикрепление на ершовую насадку, зафиксированную в нижней части флотореактора, микроорганизмов - денитрификаторов, последующую обработку флотопены и регенерационной воды биореакторов доочистки стоков производят в аэробном минерализаторе, а очистку осветленной сточной воды в, по меньшей мере, двухступенчатом биореакторе - нитрификаторе, оснащенном ершовой насадкой для удерживания микроорганизмов - нитрификаторов. Рециркуляцию очищаемой воды, источника нитратов для денитрификационного флотатора, производят с выхода сточной воды из последней ступени нитрификатора. В случае низкой концентрации соединений азота в исходной сточной воде в поток рециркуляционной очищаемой сточной воды вводят добавку концентрированного раствора реагента - нитрата. Доочистку сточных вод от скоагулированного реагентами фосфора осуществляют в комбинированном биореакторе, загруженном ершовой насадкой в верхней части и пуролатом в нижней части. Обеззараживание доочищенной сточной воды выполняют облучением ультрафиолетовыми лучами.

Недостатками данного способа являются: сложность эксплуатации и управления процессом денитрификации, что приводит к ненадежности процесса очистки сточных вод в целом и ненадежности в обеспечении показателей качества очистки; необходимость использования значительного количества реагентов, в том числе для реализации процесса денитрификации; данный способ целесообразно использовать только при малых расходах сточных вод, содержащих достаточные концентрации флотируемых загрязняющих веществ, а также данный способ не может обеспечить очистку высококонцентрированных сточных вод.

Известен способ глубокой биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота аммонийных солей (см. патент РФ на изобретение №255893, опубл. 20.05.2013), заключающийся в том, 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» 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. 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/дм³. Отстаивание очищенной воды производят в течение 1-1,5 часа.

Недостатками данного способа для достижения заявляемого изобретения являются: невозможность использования данного способа при обработке высококонцентрированных по органическим и биогенным веществам сточных вод за счет малого времени обработки сточных вод и ограничение кратности (120-150%) рециркуляции иловой жидкости из аэробной зоны в начало первой зоны с пониженным кислородным режимом; использование загрузочного материала с низкой удельной поверхностью по сравнению с заявленным способом; отсутствие условий для развития анаммокс-процесса, что препятствует снижению энергозатрат на процесс биологической очистки сточных вод.

Известен способ совершенствования процессов биологической очистки сточных вод с помощью прикрепленных биоценозов (см. статья Вестник МГСУ, 2008 г., №3, автор Словцов А.А.). Исследования проводили на модельной воде, в качестве органического вещества использовали пептон, характеристика сточной воды по БПК₅ -150 мг/дм³, азот аммонийный - 25 мг/дм³. Исследования проводили в двух колоннах с загрузкой. В качестве загрузочного материала использовали материал «Поливом» с удельной поверхностью 190 м²/м³. В первой колонне реализована зона денитрификации, объем загрузки - 20% от объема зоны, с концентрацией кислорода 0,5-0,8 мг/дм³, вторая колонна использована в качестве нитрификатора. При этом осуществлялась рециркуляция иловой жидкости из зоны нитрификации в зону денитрификации - 80%. Продолжительность пребывания в сооружениях 2,3 и 8,7 часов соответственно. Было установлено, что вариант очистки сточных вод с загрузочным материалом обеспечивает по отношению к контрольному варианту - отсутствие загрузки для иммобилизации биоценоза, стабильные результаты по качеству очищенной воды, способствует более быстрому восстановлению окислительной возможности сооружения в экстремальных условиях, применение иммобилизованной биомассы показывает возможность биореактора обрабатывать сточную воду с более высокими нагрузками по воде и загрязнениям. Способ реализован при реконструкции очистных сооружений канализации при очистке сточных вод с концентрацией загрязнений по БПК₅ 150 мг О₂/дм³.

Недостатками данного способа являются: обработка сточных вод с концентрациями, характеризующими тип стока как «разбавленный» (М. Хенце и др. Очистка сточных вод, М.: Мир, 2004., С. 47) и невозможность в данном способе использовать для обработки высококонцентрированных по органическим веществам и биогенным элементам сточных вод; использование загрузочного материала с низкой удельной поверхностью по сравнению с заявленным способом и заполнение загрузочным материалом всего 20% объема зоны денитрификации приводит к увеличению ее объема.

Задачей предлагаемого изобретения является минимизация параметров биореакторов и энергозатрат на очистку сточных вод при одновременном достижении надежности и стабильности работы сооружений при очистке сточных вод независимо от исходной концентрации загрязняющих веществ.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение потребности в аэрации, быстрое восстановление окислительной способности сооружения, сочетание в зонах биореакторов микробиологических процессов, в т.ч. нитри-денитрификации и анаммокс-процесса, протекание которых регулируют в соответствие с условиями, задаваемыми для каждой зоны биореактора для иммобилизации и автоселекции биоценоза, авторегулирование массы биоценоза на ершовой загрузке.

Технический результат достигаются тем, что сточные воды после механической очистки, усреднения и физико-химической очистки последовательно подают в биореакторы с размещенными в них объемными кассетами с ершовой загрузкой и системой аэрации, расположенной под кассетами. Ершовая загрузка выполнена из синтетического инертного материала с положительным поверхностным зарядом, что дает возможность формировать на ней биоценоз послойно. Микроорганизмы в слоях биоценоза отличаются друг от друга отношением к растворенному кислороду и потребностью в субстрате, соответствующему их метаболизму. Это позволяет регулировать процессы очистки сточных вод по зонам биореактора за счет формирования условий для преимущественного протекания аммонификации, нитри-денитрификации и анаммокс-процесса (фиг. 1). Вначале сточные воды подают в биореактор первой ступени биологической очистки, с выделенными в нем в нем двумя зонами: первой- аноксидной и второй - аэробной. В первой зоне реализуют аммонификацию, денитрификацию и анаэробное окисление азота аммонийного (анаммокс-процесс) при концентрации кислорода в этой зоне не более 0,5-0,7 мг/дм³, что достигают обеспечением низкой интенсивности аэрации от 1,0 до 2,0 м³/ч воздуха на 1 м² площади первой зоны биореактора. При условиях низкой концентрации кислорода (до 0,5 мг О₂/дм³) и наличия в сточной воде достаточно высоких концентраций органических загрязняющих веществ (более 200 мг O₂/дм³), азота аммонийного, нитратов и нитритов, наружный слой биоценоза представлен гетеротрофами, также факультативно - анаэробными денитрифицирующими микроорганизмами, во внутреннем слое, в который не проникает растворенный кислород и органический субстрат, развиваются анаммокс - бактерии. Процесс денитрификации в предлагаемом способе происходит без использования внешнего источника углерода, то есть используются органические вещества, содержащиеся в самой сточной воде. Для интенсификации процесса денитрификации и анаммокс-процесса производят рециркуляцию потока из конца второй зоны в начало первой зоны по направлению движения сточных вод, не более 100% от расхода поступающих сточных вод, и рециркуляцию потока сточных вод из конца третьей и четвертой зон, выделенных в биореакторе второй ступени очистки сточных вод в начало первой зоны биореактора первой ступени очистки сточных вод от 100% до 500% от расхода поступающих сточных вод. Из аноксидной зоны первой ступени биологической очистки сточную воду подают во вторую зону интенсивной аэрации, в которой осуществляют процесс окисления органических загрязнений и аммонийного азота при концентрации кислорода в этой зоне от 2,5 до 4,0 мг/дм³, что достигают обеспечением высокой интенсивности аэрации не менее 4,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади второй зоны биореактора первой ступени биологической очистки. Обеспечение указанных процессов связано с тем, что в условиях высокой концентрации кислорода (более 4 мг/дм³) и наличия в сточной воде органических загрязняющих веществ по БПК (100 и менее мг О₂/дм³), азота аммонийного, наружный слой биоценоза представлен гетеротрофами - аэробами и автотрофами нитрификаторами, продуцируемый последними азот нитритов поступает во внутренний слой, в который не проникает растворенный кислород, в этом слое развиваются анаммокс-бактерии. Совокупную продолжительность пребывания сточных вод в первой и второй зонах биологической очистки устанавливают от 4,0 до 12,0 часов. Нагрузку по органическим веществам на первую ступень устанавливают от 1,0 до 3,0 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки. Далее сточные воды, содержащие избыточную биопленку, из первой ступени биологической очистки, направляют во вторичный отстойник, оборудованный тонкослойными модулями и системой их регенерации воздухом. Из вторичного отстойника сточные воды под гидростатическим давлением подают в биореактор второй ступени, в третьей зоне которого осуществляют процессы окисления органических веществ и окисления азота аммонийного до азота нитритного и анаммокс-процесс за счет концентрации растворенного кислорода в третьей зоне от 0,5 до 1,0 мг/дм³, достигая этого обеспечением интенсивности аэрации не более 2,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади третьей зоны. В условиях умеренной концентрации кислорода (до 1,0 - 1,5 мг/дм³) и наличия в сточной воде органических загрязняющих веществ, азота аммонийного, нитратов в малых концентрациях и нитритов, наружный слой биоценоза представлен гетеротрофами -аэробами, внутренний слой, в который не проникает растворенный кислород, представлен преимущественно анаммокс-бактериями. Процессы микробиологической деструкции в третьей зоне осуществляют при нагрузках по органическим веществам от 0,06 до 1,0 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки. Из третьей зоны биологической очистки сточные воды направляют в четвертую зону, в которой осуществляют процесс доокисления остаточных органических веществ и окисления азота аммонийного до нитритов и нитратов. Концентрацию растворенного кислорода в четвертой зоне устанавливают от 2,5 до 4 мг/дм³, что достигают обеспечением интенсивности аэрации от 3,0 до 5,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади четвертой зоны биореактора и низкой нагрузки по органическим веществам, не более 0,06 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки. Совокупную продолжительность пребывания сточных вод в третьей и четвертой зонах устанавливают от 4 до 24 часов. Из четвертой зоны биореактора второй ступени биологической очистки сточные воды через переливную стенку направляют в аэрационный смеситель, в который подают дозированный раствор коагулянта, обеспечивая удаление избыточного количества фосфора и фрагментов биопленки, после этого сточные воды направляют в безнапорный фильтр с ершовой загрузкой, осуществляя фильтрование сточных вод снизу-вверх со скоростью от 5 до 10 м/ч. Регенерацию ершовой загрузки осуществляют путем ее интенсивной аэрации через систему перфорированных труб, уложенных по дну безнапорного фильтра. Промывные воды направляют в сооружения механической очистки сточных вод, далее очищенную сточную воду подают в фильтр тонкой очистки с системой автоматической промывки. Глубоко очищенные сточные воды подают в систему обеззараживания ультрафиолетом. Осадок из первичного отстойника, при его наличии в системе механической очистки, а также избыточную биопленку из вторичного отстойника перекачивают в смеситель, в который подают флокулянт и далее направляют на сооружения механического обезвоживания осадка. Таким образом, регулируя концентрацию растворенного кислорода в очищаемой сточной воде, нагрузку на биоценоз по видам и концентрациям загрязняющих веществ, а также регулируя степень и направление циркулирующих потоков, создают зоны автоселекции биоценоза, иммобилизованного на синтетическом инертном носителе, обеспечивая тем самым протекание процессов в анаэробных или аноксидных условиях (анаммокс-процесс, денитрификация), что значительно, до 50%, экономит энергозатраты агрегатов для нагнетания воздуха в обрабатываемые сточные воды. При заявленном способе используют свойство нежизнеспособных микроорганизмов утрачивать поверхностный заряд и десорбировать с поверхности ершовой загрузки, в результате чего происходит авторегенерация загрузки и вынос потоком воды избыточной и отмершей биопленки, что позволяет не останавливать биореакторы на промывку и принудительное удаление избыточной биопленки.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при очистке сточных вод, характерной особенностью которых является сезонные колебания нагрузки по загрязняющим веществам, в частности снижение в исходных сточных водах величины БПК до 200 мг O₂/дм³ и ниже, проводят одноступенчатую биологическую очистку сточных вод, используя первую, третью и четвертую зоны, при этом исключая вторую зону и вторичный отстойник, причем сточные воды из первой зоны по байпасной линии перекачивают в третью зону биологической очистки.

Также на достижение технических результатов влияет то, что сточные воды с температурой ниже 8°С пропускают через проточный теплообменник, предназначенный для подогрева жидких систем до температуры 12°С и выше, необходимой для обеспечения жизнедеятельности биоценоза.

Также на достижение технических результатов влияет то, что что в начало четвертой зоны в которой проводят процесс нитрификации, осуществляют дозирование растворов щелочных реагентов. Процесс нитрификации сопровождается снижением рН, так как нитрифицирующие микроорганизмы продуцируют азотную и азотистую кислоты, при заявленном способе, при низкой щелочности воды и значении рН в четвертой зоне ниже 6,5, для интенсификации процесса нитрификации в обрабатываемую сточную воду вводят раствор щелочного реагента.

На фиг. 1 представлена схема, объясняющая принцип работы ершовой загрузки за счет формирования различных биоценозов по толщине биопленки.

На фиг. 2 представлена технологическая схема реализации способа биологической очистки высококонцентрированных по показателю БПК сточных вод.

На фиг. 3 представлена технологическая схема реализации способа биологической очистки сточных вод при концентрация органических веществ, идентифицируемых по БПК, менее 200 мг O₂/л.

Для пояснения параметров процесса очистки сточных вод и доказательства решения поставленных задач приводим примеры реализации заявленного способа глубокой биологической очистки сточных вод биоценозом, иммобилизованном на ершовой загрузке. В примере 1 представлена технологическая схема очистки высококонцентрированных сточных вод (фиг. 2) и приведены описание последовательности протекающих процессов и показатели качества очистки сточных вод. В примере 2 представлена технологическая схема очистки низкоконцентрированных сточных вод (фиг. 3) и приведены описание последовательности протекающих процессов и показатели качества очистки сточных вод.

Пример 1.

Заявленный способ, проиллюстрированный на фиг. 2, осуществляют следующим образом.

Сточные воды с концентрацией органических загрязнений, идентифицируемых по БПК₅ 2000 мг O₂/дм³ и концентрации взвешенных веществ (ВВ) 2100 мг/дм³ сначала механически очищают в решетках (1), отбросы из которого направляют в контейнер для грубых бытовых отходов (1.1), сточные воды после механической очистки направляют в усреднитель (2) с системой взмучивания (2.2), а затем погружным насосом (2.1) направляют в механический смеситель (3), в который по трубопроводу Р1 подают раствор коагулянта от установки (14), по трубопроводу Р2 подают раствор соды от установки (15) и по трубопроводу Р2 подают раствор флокулянта от установки (19), приготовленный в реагентом хозяйстве. Далее сточные воды направляют на флотационную обработку во флотатор (4), после чего осветленные сточные воды направляют в первую аноксидную зону высоконагружаемого биореактора (5) первой ступени биологической очистки (5.1) оборудованную кассетами с ершовой загрузкой (5.3), в которой осуществляют процесс денитрификации и анаммокс-процесс, далее сточные воды направляют во вторую зону интенсивной аэрации, в которой осуществляют процесс окисления органических загрязнений и аммонийного азота. Подачу воздуха в биореактор первой ступени производят системой аэрации (5.3). В первой зоне (5.1) обеспечивают интенсивность аэрации 1,0-2,0 м³/ч воздуха на 1 м² площади биореактора, во второй зоне (5.2) обеспечивают интенсивность аэрации 4,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади второй зоны биореактора первой ступени биологической очистки. Рециркуляцию потока из конца второй зоны в начало первой зоны в количестве 100% от расхода поступающих сточных вод обеспечивают эрлифтом (5.4). Нагрузку по органическим веществам на первую ступень поддерживают 2 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки. Совокупную продолжительность пребывания сточных вод в первой и второй зонах биологической очистки устанавливают 6 часов. При недостаточности биогенных элементов (азота или фосфора) или органики для процесса денитрификации, в обрабатываемые сточные воды, по трубопроводу Р4 дозируют биогенную или органическую подпитку из установки (20). Из второй зоны биореактора (5.2) сточные воды подают в распределительную камеру вторичного отстойника (6), оборудованного тонкослойными модулями (6.1) и системой регенерации тонкослойных модулей (6.2), осветленные сточные воды через лотки подают в биореактор второй ступени (7). В третьей зоне (7.1) второй ступени биореактора (7), оборудованной кассетами с ершовой загрузкой (7.1), осуществляют процессы окисления органических веществ, частично окисления азота аммонийного до азота нитритного и анаммокс-процесс, далее сточные воды направляют во четвертую зону (7.2) биореактора второй ступени (7), в которой осуществляют процессы окисления азота аммонийного до нитритов и нитратов. Подачу воздуха в биореактор второй ступени производят системой аэрации (7.3). При этом в третьей зоне (7.1) обеспечивают интенсивность аэрации 2,0 м³/ч воздуха на 1 м² площади биореактора, в четвертой зоне (7.2) обеспечивают интенсивность аэрации 3,0-5,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади биореактора. Рециркуляцию потока сточных вод из конца третьей зоны осуществляют в начало первой зоны биореактора первой ступени очистки сточных вод с 400% расходом с помощью эрлифта (7.4), а из конца четвертой зоны в начало первой зоны биореактора первой ступени очистки сточных вод с 400% расходом с помощью эрлифта (7.5). Нагрузку по органическим веществам на третью зону второй ступени поддерживают 0,8-1,0 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки, нагрузку по органическим веществам на четвертую зону второй ступени поддерживают 0,06 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки. Совокупную продолжительность пребывания сточных вод в третьей и четвертой зонах биологической очистки устанавливают 8 часов. Из четвертой зоны биореактора сточные воды через переливную стенку направляют в аэрационный смеситель (8.1), оборудованный системой взмучивания (8.2), куда осуществляется дозирование раствора коагулянта по трубопроводу (Р1) приготовленного на установке приготовления и дозирования коагулянта (12), для удаления избыточного количества фосфора. Из аэрационного смесителя сточные воды через полупогружную перегородку направляют в безнапорный фильтр (8) с ершовой загрузкой (8.1), предназначенный для задержания взвешенных веществ, в том числе биопленки, выносимой из биореактора. Фильтрацию в ершовом фильтре осуществляют снизу-вверх со скоростью 7 м/ч. Регенерацию ершовой загрузки осуществляют путем ее интенсивной аэрации через систему регенерации фильтра (8.3), при этом промывные воды направляют в усреднитель сточных вод (2) по трубопроводу (К3). Далее, очищенные сточные воды по лоткам направляют в емкость очищенной воды (9), в которой предусмотрена система взмучивания (9.1), и насосом (10) подают на напорный фильтр тонкой очистки (11) с системой автоматической промывки. Глубоко очищенные сточные воды подают в систему обеззараживания ультрафиолетом (12). Воздух для аэрации биореактора и регенерации подают от воздуходувки (12). Флотошлам из флотатора (4) представляющий собой смесь первичного осадка по трубопроводу (Ш1) и избыточная биопленка из вторичного отстойника (9) по трубопроводу (Ш2) перекачивают в аэробный стабилизатор (16) с системой аэрации (16.1). Стабилизированный осадок насосом (17) подают в шнековый дегидратор (18), в который по трубопроводу (РЗ) подают раствор флокулянта из установки приготовления и дозирования раствора флокулянта (19), обезвоженный осадок направляют в контейнер приема обезвоженного осадка (18.1). Фугат от дегидратора по трубопроводу Кб направляют в усреднитель (2).

Результаты очистки сточных вод по заявляемому способу для высококонцентрированных сточных вод, представлены в табл. 1.

Таблица 1 - характеристики сточных вод исходных и очищенных по заявляемому способу.

Пример 2.

Заявленный способ, проиллюстрированный на фиг. 3, осуществляют следующим образом.

Сточные воды с концентрацией органических загрязнений, идентифицируемых по БПК₅ менее 200 м O₂/дм³ и концентрации взвешенных веществ (ВВ) менее 200 мг O₂/дм³ сначала механически очищают в решетках (1), отбросы из которого направляют в контейнер для грубых бытовых отходов (1.1), сточные воды после механической очистки направляют в усреднитель (2) с системой взмучивания (2.2), а затем погружным насосом (2.1) подают в механический смеситель (3) с встроенной камерой хлопьеобразования, в который по трубопроводу Р1 подают раствор коагулянта, приготовленный на установке приготовления и дозирования коагулянта (12), далее сточные воды подают в первичный отстойник (4), оборудованный тонкослойными модулями (4.1) и системой регенерации тонкослойных модулей (4.2), осветленные сточные воды через лотки направляют в биореактор биологической очистки (5), содержащий три зоны различные по степени аэробности и нагрузки на биоценоз (5.1; 5,2; 5.3), биореактор (5) оборудован кассетами с ершовой загрузкой (5.6), эрлифтом (5.5) для рециркуляции нитратсодержащего потока из третьей зоны в первую зону в количестве 200% от всего объема поступающих сточных вод и системой аэрации (5.4). В первой зоне (5.1) обеспечивают развитие на ершовой загрузке преимущественно денитрификаторов, концентрация кислорода в этой зоне 0,5-0,7 мг/дм³, интенсивность аэрации 1,0 м³/ч воздуха на 1 м² площади первой зоны биореактора, нагрузку по БПК установливают 1,4 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки. Далее из первой зоны (5.1) сточные воды направляют во вторую зону (5.2), в которой при нагрузке по органическим веществам 1 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки, преимущественно реализуют процессы окисления азота аммонийного до азота нитритного и аннамокс-процесс за счет низкой концентрации растворенного кислорода во второй зоне, не более 1,5 мг/дм³, интенсивность аэрации принимают 2,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади второй зоны биореактора. Из второй зоны биореактора (5.2) сточные воды направляют в третью зону биореактора (5.3), в которой нагрузки по органическим веществам не превышают 0,06 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки, в этой зоне осуществляют процесс нитрификации, концентрацию растворенного кислорода в третьей зоне поддерживают 3,0 мг/дм³ при интенсивности аэрации 5 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади второй зоны биореактора. В начало третьей зоны (5.) подают по трубопроводу (Р2) раствор соды из установки приготовления и дозирования реагента (13). Из третьей зоны биореактора сточные воды через переливную стенку направляют в аэрационный смеситель (6.1), оборудованный системой взмучивания (6.2), в который осуществляют дозирование раствора коагулянта по трубопроводу (Р1) приготовленного на установке приготовления и дозирования коагулянта (12), для удаления избыточного количества фосфора. Из аэрационного смесителя сточные воды через полупогружную перегородку направляют в безнапорный фильтр (6) с ершовой загрузкой (6.1), предназначенный для задержания взвешенных веществ, в том числе биопленки, выносимой из биореактора. Фильтрация в ершовом фильтре осуществляется снизу-вверх со скоростью 10 м/ч. Регенерацию ершовой загрузки осуществляют путем ее интенсивной аэрации через систему регенерации фильтра (6.3). При этом промывные воды направляют в усреднитель сточных вод (2) по трубопроводу (К3). Далее, очищенные сточные воды по лоткам подают в емкость очищенной воды (7), в которой предусмотрена система взмучивания (7.1), и, далее, насосом (8) подают на напорный фильтр тонкой очистки (9) с системой автоматической промывки. Глубоко очищенные сточные воды подают в систему обеззараживания ультрафиолетом (10). Воздух для аэрации биореактора и регенерации направляют от воздуходувки (11). Осадок из первичного отстойника (4) представляющий собой смесь первичного осадка и избыточной биопленки, по трубопроводу (Ш1) перекачивают в аэробный стабилизатор (14) с системой аэрации (14.1). Стабилизированный осадок насосом (15) перекачивают в шнековый дегидратор (16), в который по трубопроводу (Р3) подают раствор флокулянта из установки приготовления и дозирования раствора флокулянта (17), обезвоженный осадок направляют в контейнер приема обезвоженного осадка (16.1). Фугат от дегидратора по трубопроводу Кб направляют в усреднитель (2).

Результаты очистки сточных вод по заявляемому способу для высококонцентрированных сточных вод, представлены в табл. 1.

Из сопоставления таблиц 1 и 2 видно, что параметры очищенных сточных вод не зависят от исходных концентраций загрязняющих веществ и соответствуют требованиям, предъявляемым очищенным сточным водам, направляемым в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Изобретение относится к области биологической очистки хозяйственно-бытовых и/или близких к ним по составу производственных сточных вод и может быть использовано для очистки сточных вод промпредприятий, населенных пунктов, отдельно стоящих зданий. Подают сточные воды в биореакторы первой и второй ступеней с зонами и с размещенными в них объемными кассетами с ершовой загрузкой и системой аэрации, реализуют аммонификацию, денитрификацию и анамокс-процесс при низкой интенсивности аэрации, осуществляют процесс окисления органических загрязнений и аммонийного азота при концентрации кислорода и интенсивной аэрации, устанавливают нагрузку по органическим веществам в зависимости от количества биоценоза и беззольного вещества, осуществляют процессы окисления органических веществ и доокисления остаточных органических веществ, окисления азота аммонийного до азота нитритного и анаммокс-процесс за счет растворенного кислорода при интенсивной аэрации в зависимости от количества биоценоза и беззольного вещества, устанавливают продолжительность пребывания сточных вод в биореакторе, производят рециркуляцию потока для денитрификации и анаммокс-процесса по направлению движения сточных вод, осуществляют доочистку сточных вод путем двухступенчатого фильтрования и обеззараживание очищенных сточных вод. Изобретение позволяет снизить потребность в аэрации, быстро восстановить окислительную способность сооружения, сочетать в зонах биореакторов микробиологические процессы, в т.ч. нитри-денитрификации и анаммокс-процесса. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Способ глубокой биологической очистки сточных вод с процессом ANAMMOX биоценозом, иммобилизованным на ершовой загрузке, характеризующийся тем, что сточные воды после механической очистки, усреднения и физико-химической очистки последовательно подают в биореакторы первой и второй ступеней с размещенными в них объемными кассетами с ершовой загрузкой и системой аэрации, расположенной под кассетами, вначале сточные воды подают в биореактор первой ступени биологической очистки с выделенными в нем двумя зонами: первой - аноксидной и второй - аэробной, в первой зоне реализуют аммонификацию, денитрификацию и анаммокс-процесс при концентрации кислорода в этой зоне не более 0,5-0,7 мг/дм³, что достигают обеспечением низкой интенсивности аэрации от 1,0 до 2,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади первой зоны биореактора, из первой зоны сточные воды подают во вторую зону интенсивной аэрации, осуществляя процесс окисления органических загрязнений и аммонийного азота при концентрации кислорода в этой зоне от 2,5 до 4,0 мг/дм³, что достигают обеспечением интенсивности аэрации не менее 4,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади второй зоны биореактора первой ступени биологической очистки, при этом для интенсификации, денитрификации и анаммокс-процесса производят рециркуляцию потока сточных вод из конца второй зоны в начало первой зоны по направлению движения сточных вод, не более 100% от расхода поступающих сточных вод, и рециркуляцию потока сточных вод из концов третьей и четвертой зон, выделенных в биореакторе второй ступени очистки, в начало первой зоны от 100 до 500% от расхода поступающих сточных вод, совокупную продолжительность пребывания сточных вод в первой и второй зонах биологической очистки устанавливают от 4,0 до 12,0 часов, а нагрузку по органическим веществам на первую ступень устанавливают от 1,0 до 3,0 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки, далее сточные воды, содержащие избыточную биопленку, из второй зоны направляют во вторичный отстойник, оборудованный тонкослойными модулями и системой их регенерации воздухом, из вторичного отстойника сточные воды под гидростатическим давлением подают в третью зону биореактора второй ступени, в которой осуществляют процессы окисления органических веществ, окисления азота аммонийного до азота нитритного и анаммокс-процесс за счет концентрации растворенного кислорода в третьей зоне от 0,5 до 1,0 мг/дм³, достигая этого обеспечением интенсивности аэрации не более 2,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади третьей зоны биореактора второй ступени, при этом процессы в третьей зоне осуществляют при нагрузках по органическим веществам от 0,06 до 1,0 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки, из третьей зоны биологической очистки сточные воды направляют в четвертую зону для процесса доокисления остаточных органических веществ и окисления азота аммонийного до нитратов, концентрацию растворенного кислорода в четвертой зоне устанавливают от 2,5 до 4 мг/дм³, что достигают обеспечением интенсивности аэрации от 3,0 до 5,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади четвертой зоны биореактора и низкой нагрузкой по органическим веществам, не более 0,06 кг на 1 кг биоценоза по беззольному веществу в сутки, при этом совокупную продолжительность пребывания сточных вод в третьей и четвертой зонах устанавливают от 4 до 24 часов, из четвертой зоны биореактора второй ступени биологической очистки сточные воды через переливную стенку направляют в аэрационный смеситель, в который также подают дозированный раствор коагулянта, обеспечивая удаление избыточного количества фосфора и фрагментов биопленки, после этого сточные воды направляют в безнапорный фильтр с ершовой загрузкой, осуществляя фильтрование сточных вод снизу-вверх со скоростью от 5 до 10 м/ч, регенерацию ершовой загрузки фильтра осуществляют путем ее интенсивной аэрации через систему перфорированных труб, уложенных по дну безнапорного фильтра, при этом промывную воду направляют в сооружения механической очистки сточных вод, далее очищенные сточные воды подают в фильтр тонкой очистки с системой автоматической промывки, глубоко очищенные сточные воды подают в систему обеззараживания ультрафиолетом, осадок из первичного отстойника, при его наличии в системе механической очистки, а также избыточную биопленку из вторичного отстойника перекачивают в смеситель, подавая в него флокулянт, и далее направляют на сооружения механического обезвоживания осадка.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что при очистке сточных вод, характерной особенностью которых являются сезонные колебания нагрузки по загрязняющим веществам, в частности снижение в исходных сточных водах величины биологического потребления кислорода до 200 мг О₂/дм³ и ниже, проводят одноступенчатую биологическую очистку сточных вод, используя первую, третью и четвертую зоны, при этом исключая вторую зону и вторичный отстойник, причем сточные воды из первой зоны по байпасной линии перекачивают в третью зону биологической очистки.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что сточные воды с температурой ниже 8°С пропускают через проточный теплообменник, предназначенный для подогрева жидких систем до температуры 12°С и выше, необходимой для обеспечения жизнедеятельности биоценоза.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в начало четвертой зоны, в которой проводят процесс нитрификации, при значении в этой зоне рН менее 6,5, осуществляют дозирование растворов щелочных реагентов.