СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МЕТАНОЛА Российский патент 2022 года по МПК C02F9/14 C02F3/30 C02F3/34 C02F101/34 

Изобретение относится к новому способу очистки сточных вод с метанолом, поддающегося биологическому разложению. Традиционная биологическая очистка метанолсодержащих сточных вод в аэротенках предназначена для удаления метанола с предельной концентрацией не более 30 мг/л, поскольку эффективность аэротенков по удалению биогенных веществ невысока. Более конкретно изобретение относится к двухстадийной биологической очистке сточных вод, при этом на первой стадии производится обработка сточных вод в реакторе циклического действия с целью понижения исходной концентрации метанола до значений, допустимых для дальнейшей биологической очистки обработанных сточных вод в биореакторе мембранного типа с целью очистки от метанола и биогенных элементов для достижения параметров биологически очищенной сточной воды, соответствующих нормам сброса, в том числе в водоемы рыбохозяйственного назначения, а при дополнительной реагентной обработке и доочистке обеспечивается достижение высокого уровня качества восстановленных сточных вод с возможностью их вторичного использования на предприятиях нефтегазовой промышленности, производства аммиака, метанола и химических производствах.

Известен способ очистки сточных вод от метанола, который предусматривает внесение штамма бактерий Bacillus siamensis ВКПМ В-11716 в очищаемые стоки. При этом деструкцию осуществляют при концентрации метанола в очищаемых стоках не более 2200 мг/л. Изобретение позволяет снизить содержание метанола в очищаемых стоках /1/.

Согласно известному способу штамм-деструктор Bacillus siamensis ВКПМ В-11716 способен расти на обедненных синтетических питательных средах и обладает высокой степенью деградации метанола в сточных водах нефтехимических производств. Изобретение позволяет повысить эффективность деструкции метанола. Полная очистка от загрязнителя осуществляется за 48 часов с получением воды, содержащей следовые количества метанола. Недостатком метода является то, что штамм-деструктор Bacillus siamensis ВКПМ В-11716 может работать эффективно при температуре 27°С, при которой деструкция метанола максимальна, но при этом дополнительно требуются значительные объемы микроэлементов и витаминов, необходимых для создания питательной среды, благоприятной для развития метанолутилизирующего штамма-деструктора.

Также известен способ очистки сточных вод от диэтиленгликоля (ДЭГ) и метанола при использовании консорциума штаммов бактерий Bacillus megaterium. Bacillus freudeureichii, Agrobacterium sp., Arthrobacter oxamicetus, находящихся в биореакторе в процентном соотношении 40:25:20:15 для деструкции диэтиленгликоля (до 10 г/л) и метанола (до 5 г/л) с целью предотвращения попадания в окружающую среду экологически опасных токсических веществ /2/.

Согласно известному способу, очистку сточных вод осуществляют активным илом на основе консорциума штаммов бактерий Bacillus megaterium ВКПМ (171) В-5168, Bacillus freudenreichii ВКПМ (124) В-3158, Agrobacterium sp.ВКПМ (172) В-5163, Arthrobacter oxamicetus ВКПМ (168) S-918, находящихся в биореакторе в процентном соотношении 40:25:20:15. При массовом содержании в сточной воде ДЭГ до 10000 мг/л, метанола до 5000 мг/л, ХПК 15000-25000 мг/л и при подаче 20 м³ в сутки сточной воды с температурой 20-26°С за 48 часов наблюдалось практически полное разрушение ксенобиотиков активным илом. Для иммобилизации бактерий в очистных сооружениях использовали насадку из синтетического волокна, а в качестве биогенных веществ использовали нитроаммофоску, при этом период адаптации консорциума микроорганизмов составил месяц. Таким способом удалось очистить сточные воды от ксенобиотиков на уровне 97-99%.

Недостатком метода является то, что консорциум указанных микроорганизмов используют ДЭГ и метанол в качестве единственного источника углерода. Во время роста и иммобилизации клетки микроорганизмов существуют только в проточных условиях и постоянной активной аэрации, что может привести к нежелательным последствиям, поскольку ДЭГ способен к окислению кислородом воздуха, при этом продуктами окисления являются: муравьиная кислота (преимущественно в форме сложного эфира), формальдегид, этиленгликоль, гликолевый альдегид, глиоксаль и диоксолан. Все указанные элементы являются ингибиторами, подавляющими обменные процессы в клетках микроорганизмов, что в конечном итоге может привести к гибели консорциума микроорганизмов в биореакторе.

Наиболее близким к заявляемому способу по максимальному количеству сходных признаков является способ биохимической очистки сточных вод от метанола, включающий нейтрализацию последних ортофосфорной кислотой до рН 6,0-7,0, обогащение сточных вод источниками азота и последующую обработку микроорганизмами, в качестве которых используют Methylomonas methanica Dg, а обработка сточных вод микроорганизмами ведется при температуре 20-37°С /3/.

К причинам, препятствующим достижению указанною ниже технического результата при использовании прототипа, относится то, что предлагаемый способ микробиологической очистки позволяет очищать сточные воды, содержащие метанол концентрацией до 1000 мг/л. Относительно низкая скорость деструкции метанола и высокая вероятность отравления микроорганизмов метанолом концентрацией более 1000 мг/л приводит к неполной очистке сточных вод до уровня 90-93% по целевому продукту. Также, для активизации массобменного процесса необходимо поддерживать температуру сточных вод на уровне 37°С, что приводит к повышенным расходам энергии и повышению затрат на управление параметрами технологического процесса.

В основу изобретения положена задача создания способа биологической очистки сточных вод от метанола, лишенного вышеизложенных недостатков, и в котором, с помощью мембран, работающих совместно с биореактором, обеспечивается получение биологически очищенных сточных вод с показателями качества, соответствующих нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного значения, а при дополнительной реагентной обработке и доочистке обеспечивается достижение высокого уровня качества с возможностью их вторичного использования на предприятиях нефтегазовой промышленности, производства аммиака, метанола и химических производствах.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе биологической очистки сточных вод от метанола подачу сточных вод с метанолом, в том числе продувочных и производственных сточных вод, осуществляют в резервуары реактора циклического действия с активным илом, а для формирования смеси метанолсодержащих сточных вод добавляют пресную воду при необходимости разбавления смеси метанолсодержащих сточных вод, нейтрализуют смесь метанолсодержащих сточных вод ортофосфорной кислотой до рН 6,0-7,0, обогащают источниками азота и обрабатывают микроорганизмами, в качестве которых используют штаммы бактерий, утилизирующие метанол в течение 22-24 часов при температуре смеси от 20 до 37°С, концентрации кислорода 0,2-0,9 мг/л, предпочтительно 0,3-0,6 мг/л, более предпочтительно 0,4-0,5 мг/л при гомогенизации смеси метанолсодержащих сточных вод до остаточной концентрации метанола в смеси 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л. Обработанную микроорганизмами смесь сточных вод с остаточным содержанием метанола 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л выводят из резервуаров реактора циклического действия для последовательной анаэробной, аноксидной и аэробно-аноксидной стадий биологической очистки активным илом в биореакторе мембранного типа с постоянным уровнем циркулирующей иловой смеси через мембраны для биологической очистки сточных вод от метанола с формированием концентрации активного ила от 2 до 20 г/л при одновременном отделении биологически очищенных сточных вод от активного ила в турбулентном режиме проточной циркуляции иловой смеси внутри мембран, расположенных за пределами биореактора мембранного типа или в ламинарном режиме проточной циркуляции иловой смеси снаружи мембран, расположенных внутри биореактора мембранного типа. При подаче потоков метанолсодержащих сточных вод с остаточным содержанием метанола 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л стадию денитрификации иловой смеси ведут при рН 7,0-7,6 в первой аноксидной зоне биореактора мембранного типа и концентрации растворенного кислорода 0,5 мг/л, а последующую нитрификацию ведут на стадии аэробной обработки при концентрации растворенного кислорода в начале аэробной зоны на уровне 5-8 мг/л с формированием в конце аэробной зоны вторичной аноксидной зоны биореактора мембранного типа с концентрацией растворенного кислорода менее 0,5 мг/л и рН на уровне 7,6-8,0 перед подачей на стадию циркуляции активного ила через мембраны биореактора мембранного типа при одновременном отводе биологически очищенной сточной воды в виде пермеата через поры мембран. Далее биологически очищенные сточные воды в качестве фильтруемой среды подаются для фильтрационно-реагентной доочистки в многослойных напорных фильтрах или дополнительных мембранах с получением пресной воды, после чего пресная вода собирается, обеззараживается, транспортируется как на основное производство, так и в резервуары реактора циклического действия. При этом активный ил с концентрацией сухого вещества 2-16 г/л, предпочтительно 4-9 г/л, более предпочтительно 5-8 г/л, отводится из аэробной зоны биореактора мембранного типа и подается в обезвоживающий агрегат для его дегидратации. Стоки от обезвоживающего агрегата возвращаются в биореактор мембранного типа. Обезвоживание отведенного активного ила происходит посредством шнекового транспортера при постоянном потоке активного ила, водных растворов коагулянта и флокулянта.

Благодаря введению в известный способ совокупности существенных отличи тельных признаков способ биологической очистки сточных вод от метанола осуществляют путем двухстадийной обработки, которую вначале осуществляют в резервуарах реактора циклического действия с утилизацией метанола микроорганизмами, развивающимися в аноксидных условиях, после чего смесь сточных вод с остаточной концентрацией метанола поступает в биореактор, совмещенный с мембранами, где осуществляются процессы микро-ультрафильтрации с одновременной биологической очисткой метанолсодержащих сточных вод активным илом. За счет этого повышается эффективность биологической очистки метанолсодержащих сточных вод по сравнению с традиционным аэротенком. Осуществляется интенсивная циркуляция иловой смеси через мембраны, что дает возможность эффективно управлять процессом мембранного фильтрования, поддерживать частицы активного ила во взвешенном состоянии и замедлять процесс зарастания пор мембран. Биореактор мембранного типа работает в условиях высокой концентрации биомассы, вынужденной расходовать свою энергию на поддержание жизнедеятельности микроорганизмов, что приводит к снижению их прироста, поэтому количество избыточного активного ила в биореакторе мембранного типа на 20-50% меньше, по сравнению с классическим аэротенком. За счет увеличения концентрации активного ила при высокой удельной скорости окисления органических веществ в биореакторе мембранного типа в несколько раз повышается производительность очистных сооружений. Благодаря малому объему биореактора мембранного типа и отсутствию вторичного отстойника, который необходим как ступень очистки в классических сооружениях, биореактор мембранного типа в разы компактнее аэротенков, при этом площадь очистного сооружения уменьшается на 20-60%. Снижаются как материалоемкость, так и габаритные размеры емкостного оборудования. Биореактор мембранного типа обеспечивает устойчивость технологического процесса очистки при резких колебаниях объемов поступающих сточных вод и залповых нагрузках очистных сооружений по количеству биогенных загрязнений (БПК, ХПК, аммоний, фосфаты, нефтепродукты, метанол, СПАВ и т.д.).

На фиг. 1 изображена блочная схема технологического процесса биологической очистки сточных вод от метанола.

На фиг. 2 изображена схема технологическая принципиальная мембранного биореактора с мембранными модулями выносного типа.

На фиг. 3 изображена схема технологическая принципиальная мембранного биореактора с мембранными модулями погружного типа.

Способ осуществляют следующим образом: сточные воды с метанолом (С_СН3ОН = max) поступают в биореактор (1) циклического действия с активным илом и за 24 часа последовательно заполняют резервуары (1-1) и (1-2) для формирования смеси метанолсодержащих сточных вод, куда также осуществляют подачу пресной воды для разбавления смеси при гомогенизации активного ила, состоящего в основном из метанол-деструктурирующих микроорганизмов, утилизирующих метанол в аноксидных условиях при концентрации кислорода в смеси 0,2-0,9 мг/л, предпочтительно 0,3-0,6 мг/л, более предпочтительно 0,4-0,5 мг/л до формирования в смеси метанолсодержащих сточных вод остаточной концентрации метанола 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л. После заполнения резервуаров (1-1) и (1-2) за последующие 24 часа аналогичной смесью метанолсодержащих сточных вод заполняются другие два резервуара (1-3) и (1-4) биореактора (1) циклического действия. Одновременно в резервуарах (1-1) и (1-2) происходит обработка смеси метанолсодержащих сточных вод метанолдеструкторами активного ила с целью снижения в них концентрации растворенного метанола до остаточного содержания метанола 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л (C_CH3OH=50-250 мг/л). За 1,5-2 часа до окончания цикла обработки метанолсодержащей смеси сточных вод прекращается гомогенизация смеси в резервуарах (1-1) и (1-2) биореактора (1) циклического действия, активный ил в них оседает, а надиловая вода, с остаточным содержанием метанола 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л, подается в резервуар (2) для сбора и гомогенизации метанолсодержащей сточной воды. После слива надиловой воды из резервуаров (1-1) и (1-2) биореактора (1) циклического действия они вновь заполняются исходной сточной водой с метанолом (C_CH3OH = max), а из других резервуаров (1-3) и (1-4) биореактора (1) циклического действия надиловая вода с метанолом (C_CH3OH = 50-250 мг/л) подается в резервуар (2) для сбора и гомогенизации метанолсодержащей сточной воды, после чего циклы заполнения и опорожнения резервуаров (1-1)-(1-4) биореактора (1) циклического действия повторяются.

Вывод усредненных по составу метанолсодержащих (C_CH3OH = 50-250 мг/л) сточных вод из резервуара (2) осуществляется постоянно и равномерно в биореактор мембранного типа (3) с целью осуществления последовательных стадий биологической очистки с точных вод в анаэробной (3-1), аноксидной (3-2), аэробной (3-3) и вторичной аэробно-аноксидной (3-4) зонах, заполненных смесью активного ила со сточной водой (далее по тексту-иловая смесь) с остаточным содержанием метанола 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л. Перед подачей в анаэробную зону (3-1) производится корректировка уровня рН иловой смеси путем автоматического дозирования в нее водного раствора подщелачивающего химического реагента.

Для эффективной биологической очистки сточных вод от метанола применяется циркуляция иловой смеси через мембраны (4), расположенные снаружи или внутри биореактора (3) мембранного типа. Принцип действия мембран (4) биореактора (3) мембранного типа основан на эффективном разделении фракций активного ила методом ультрафильтрации на мембранах с эффективным размером пор от 0,2 до 0,01 мкм.

В случае мембран, расположенных за пределами биореактора (3) мембранного типа, циркуляция иловой смеси осуществляется посредством работы циркуляционного насоса, забирающего иловую смесь из вторичной аноксидной зоны (3-4) биореактора (3) мембранного типа и подающего иловую смесь во внутрь мембран (4) под избыточным давлением, при этом пермеат проходит изнутри снаружу сквозь поры мембран, собирается и центробежным насосом отводится в накопительную емкость (8), а частично обезвоженная иловая смесь возвращается в аэробную зону (3-3) биореактора (3) мембранного типа.

В случае мембран, расположенных внутри биореактора (3) мембранного типа, циркуляция иловой смеси осуществляется посредством работы блока воздуходувок (6), подающего сжатый воздух для активного барботажа иловой смеси, окружающей наружную поверхность мембран (4). Одновременно с циркуляцией иловой смеси происходит фильтрация пермеата под действием небольшой разности давления (0,01-0,06 МПа). создаваемой на внутренней поверхности погружной мембраны самовсасывающим насосом. В этом случае смесь активного ила фильтруется через поверхность мембран снаружи вовнутрь, а пермеат проходит сквозь поры мембран (4), собирается и отводится в накопительную емкость (8).

Использование в биореакторе (3) мембранного типа активного ила концентрацией до 20 г/л позволяет эксплуатировать очистные сооружения в режиме низких нагрузок, что создает резерв окисляющей способности биомассы, повышает устойчивость биоценоза активного ила к колебаниям состава сточных вод и пиковым нагрузкам при стабильно высоком качестве биологически очищенной сточной воды. Одновременно высокая концентрация активного ила многократно повышает окисляющую мощность сооружения в целом, что дает возможность сократить время пребывания сточных вод в биореакторе (3) мембранного типа и очищать метанолсодержащие сточные воды с содержанием органических веществ по ХПК до 4000-5000 мг/л. Возраст ила в биореакторе (3) мембранного типа обычно составляет 28-32 суток, нередко достигая 65 суток, при этом основная часть активного ила представлена медленнорастущей микрофлорой, которая наиболее эффективно разлагает трудноокисляемые органические вещества в сточной воде, например, нефтепродукты, СПАВ, метанол. Преобладание медленнорастущей микрофлоры позволяет значительно снизить прирост активного ила, что ведет к снижению мощности оборудования по обезвоживанию избыточного и минерализованного активного ила.

При концентрации активного ила в биореакторе (3) мембранного типа менее 2 г/л эффективность биологической очистки исходных сточных вод от метанола и органических соединений крайне низка, а показатели биологически очищенных сточных вод не соответствует предъявляемым требованиям. При концентрации активного ила более 20 г/л изменяется кинетика биоценоза в зонах (3-1)-(3-4) биореактора (3) мембранного типа, резко возрастает энергопотребление при циркуляции концентрированной иловой смеси через мембраны (4) и увеличивается риск образования застойных зон, гибели и минерализации компонентов активного ила. Трансмембранное давление мембран (4) достигает критических значений за несколько часов работы, что приводит к частым остановкам очистного сооружения для промывок мембран (4) и проведения дополнительной химической регенерации мембран (4) в течении 8-12 часов, что приводит к резкому снижению производительности сооружения в целом. Промывка и химическая регенерация мембран осуществляется периодически посредством блока химической мойки (5).

Отделение биологически очищенных сточных вод от активного ила на этапе циркуляции активного ила через мембраны биореактора (3) мембранного типа при одновременном отводе биологически очищенной сточной воды в виде пермеата через поры мембран (4) осуществляется в турбулентном режиме проточной циркуляции иловой смеси внутри мембран (4), расположенных за пределами биореактора (3) мембранного типа или в ламинарном режиме проточной циркуляции иловой смеси снаружи мембран (4). расположенных внутри биореактора (3) мембранного типа.

При подаче потоков метанолсодержащих сточных вод на стадию анаэробной обработки денитрификацию иловой смеси с остаточным содержанием метанола ведут при рН 7,0-7,6 в первой аноксидной зоне (3-2) биореактора (3) мембранного типа и концентрации растворенного кислорода не более 0,5 мг/л, а последующую нитрификацию ведут на стадии аэробной обработки иловой смеси при концентрации растворенного кислорода в начале аэробной зоны (3-3) на уровне 5-8 мг/л с формированием в конце аэробной зоны вторичной аноксидной зоны (3-4) биореактора (3) мембранного типа с концентрацией растворенного кислорода не более 0,5 мг/л и рН на уровне 7,6-8,0 перед подачей иловой смеси на циркуляцию через мембраны (4) биореактора (3) мембранного типа при одновременном отводе через поры мембран биологически очищенной сточной воды в емкость сбора и хранения пермеата (8).

Для проведения эффективной денитрификации метанолсодержащих сточных вод требуется:

- создание анаэробных или аноксидных условий с концентрацией растворенного кислорода не более 0,5 мг/л;

- оптимальное значение рН в пределах 7,0-7,6;

- присутствие органического субстрата в виде метанола;

- соотношение органических веществ по БПК к нитратному азоту на уровне 4:1;

- механическое перемешивание иловой смеси при концентрации активного ила 6-12 г/л.

Оптимальные значения рН ограничены интервалом 1-2 единицы, что влияет на состояние разных ферментов, в частности, на структуру белковой части их молекул.

В процессе денитрификации при рН более 7,0 конечным продуктом является молекулярный азот. Если значение рН менее 7,0, то в клетках нитрифицирующих бактерий образуется оксид (NO) или закись азота (N₂O). Оксид азота (NO) играет ключевую роль в подавлении активности бактериальных клеток, в которой накапливается супероксид, вызывающий повреждение белков и липидов клеточных мембран. Следовательно, при рН менее 7,0 оксид азота избыточно накапливается в клетке, что приводит к повреждению ДНК, индуцируя программированный апоптоз (запрограммированный процесс клеточного «самоубийства», направленный на удаление клеток, утративших свои функции). При рН более 8,0 создаются условия для возникновения процесса гидролиза клеток микроорганизмов, что приводит к падению их активности и резкому снижению концентрации активного ила, в конечном итоге к выходу биореактора (3) мембранного типа из строя.

Денитрификация протекает при дефиците кислорода в условиях, неблагоприятных для конкурирующих гетеротрофных аэробов. Проводить процесс полностью и получать энергию имеют возможность лишь прокариоты, причем все они факультативные анаэробы, но при наличии кислорода переключающиеся на обычное дыхание. Во время биологической денитрификации бактерии используют в качестве акцептора электронов связанный кислород, входящий в состав нитратов, передавая ему электроны окисляемых органических или неорганических соединений и превращая нитрат в азот. Одновременно для роста и последующего деления клетки необходим внешний источник углерода, в качестве которого применяют метанол как самый дешевый и эффективный источник органического углерода /5/, необходимый для гетеротрофной денитрификации, при этом для удаления 1 моль нитрата расходуется 1,08 моль метанола, который, с остаточной концентрацией 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л, уже содержится в обрабатываемой сточной воде, подаваемой из биореактора (1) циклического действия в биореактор (3) мембранного типа для дальнейшей биологической очистки.

Содержание метанола в сточной воде менее 50 мг/л приводит к дефициту органического углерода в зоне денитрификации (3-2) биореактора (3) мембранного типа, что приводит к голоданию бактерий-денитрификаторов и нарушению оптимальных условий для деления клеток, снижению их количества, ухудшению состояния биоценоза активного ила и росту концентрации нитратов в биологически очищенной сточной воде.

Содержание метанола в сточной воде более 200 мг/л приводит к окислению метанола с образованием формальдегидов, что приводит к нарушению кислородного режима в биореакторе (3) мембранного типа, отрицательно сказывается на жизнедеятельности микроорганизмов активного ила и состоянии биоценоза активного ила.

При концентрации растворенного кислорода более 0,5 мг/л и рН менее 7,0 создаются условия для угнетения роста популяции микроорганизмов активного ила, участвующих в процессе денитрификации.

При концентрации растворенного кислорода более 0,5 мг/л и рН более 8,0 нарушаются аноксидные условия в зоне денитрификации (3-2) биореактора (3) мембранного типа, бактерии-денитрификаторы, как часть биоценоза активного ила, не успевают приспособиться к условиям окружающей среды и погибают, их концентрация в активном иле резко снижается, что в конечном итоге приводит к росту концентрации нитритов и метанола в биологически очищенной сточной воде.

Зоны биореактора (3) мембранного типа соединены контурами рециркуляции иловой смеси с целью проведения процессов нитри-денитрификации в оптимальных условиях. В зоне нитрификации (3-3) биореактора (3) мембранного типа создаются аэробные условия (концентрация растворенного кислорода более 2 мг/л), необходимые для эффективного биоокисления аммонийного азота, нитрификации и дальнейшей деструкции метанола в аноксидных условиях. Поддержание рН от 6,7 до 7,8 является условием интенсификации процесса нитрификации для индуцирования нитратов, необходимых в зоне денитрификации для утилизации метанола.

Во время циркуляции иловой смеси через мембраны (4) пермеат отводится в накопительную емкость (8), оснащенную насосным оборудованием, которое подает пермеат в качестве фильтруемой среды на этап дополнительной фильтрационно-реагентной обработки в блоке доочистки (9), включающего многослойный напорный фильтр или дополнительные мембраны. Дополнительная фильтрационно-реагентнам обработка пермеата осуществляется с целью снижения концентрации фосфатов в биологически очищенной сточной воде. В качестве химического реагента используется водный раствор коагулянта, например, полиоксихлорид алюминия, который дозируется в обрабатываемый пермеат пропорционально его потоку, поступающему в блок сбора и отвода биологически очищенной сточной воды (10), на выходе которого имеется блок ультрафиолетового обеззараживания (11), дополнительно снижающий уровень микробиологической обсемененности биологически очищенной сточной воды.

При использовании технологии биореактора мембранного типа концентрация активного ила в сооружениях может достигать 10-20 г/л против 2-3 г/л в обычном аэротенке. Благодаря этому происходит интенсивная автоселекция и адаптация активного ила, увеличивается его возраст, а также возрастает концентрация хемоавтотрофных микроорганизмов в биомассе. По прошествии цикла роста биомассы появляется избыточная масса активного ила, ингибирующая развитие новых, быстрорастущих клеток посредством избыточной массы метаболитов, выделенной биомассой в процессе ее становления, активной фазы роста и отмирания. С целью интенсификации процесса биологической очистки сточных вод от метанола и органических соединений, иловая смесь с концентрацией активного ила 2-16 г/л, предпочтительно 4-9 г/л, более предпочтительно 5-8 г/л, совместно с продуктами метаболизма бактерий постоянно отводится из аэробной зоны (3-3) и подается в блок обезвоживания (7) для его дегидратации, а стоки от обезвоживаемой иловой смеси возвращаются обратно в резервуар (2) для сбора и гомогенизации сточных вод. Обезвоживание иловой смеси происходит посредством шнекового транспортера при постоянном потоке отводимой субстанции и пропорциональном дозировании в поток иловой смеси водных растворов коагулянта и флокулянта.

Техническим результатом является то, что в биореакторе (3) мембранного типа, заполненным частицами активного ила быстрого метаболизма концентрацией до 20 г/л, в несколько раз повышается производительность по сравнению с традиционными аэротенками. Благодаря отсутствию вторичного отстойника очистные сооружения на основе биореактора (3) мембранного типа в разы компактнее традиционных сооружений. Биореактор (3) мембранного типа обеспечивает устойчивость технологических режимов очистки при значительных колебаниях показателей поступающих сточных вод как по объему, так и по концентрациям загрязнителей, в том числе, метанола.

Изобретение позволяет осуществлять биологическую очистку сточных вод от метанола предлагаемым способом эффективно и качественно. Традиционная биологическая очистка метанолсодержащих сточных вод в аэротенках предназначена для удаления метанола с предельной концентрацией 30 мг/л /4/, поскольку эффективность аэротенков по удалению биогенных веществ невысока, показатели очищенной сточная вода крайне нестабильны и резко отличаются от нормативных значений при флуктуации показателей сточной воды с метанолом.

По сравнению с известными способами предлагаемое изобретение отличается стабильностью протекания процессов с меньшими затратами при гарантированном достижении показателей биологически очищенных сточных вод, соответствующих нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения, а при дополнительной фильтрационно-реагентной обработке биологически очищенная сточная вода может быть возвращена в основное производство в качестве пресной воды.

Пример: исходная производственная сточная вода имеет состав загрязнений: взвешенные вещества от 270 до 650 мг/л; биологическое потребление кислорода (БПК) от 200 до 350 мг/л; NH₄ от 10 до 45 мг/л; Р₂О₅ от 2 до 8 мг/л; NO₂ от 0 до 0,06 мг/л; NO₃ от 2 до 6 мг/л; СН₃ОН от 1900 до 2200 мг/л и подвержена обработке в объеме 1000 м³/сутки в условиях известного и предложенного способа биологической очистки.

В таблице приведены сравнительные результаты известного и предлагаемого способов.

Как видно из таблицы, показатель расхода электроэнергии на единицу снятых органических соединений по предлагаемому способу более, чем в 2,5 раза ниже того же показателя известного способа, а показатели качества биологически очищенных сточных вод соответствуют нормативным значениям при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения. Объем резервуаров при биологической очистке сточных вод от метанола по предлагаемому способу практически в 1,5 раза меньше, чем в случае применения аэротенка.

Источники информации

1. RU патент 2663797, кл. С2, МПК C02F3/34, 2013.

2. RU патент 2037472, кл. С1, МПК C02F 3/34(2006.01), C02F 101/30(2006.01), C12N 1/20(2006.01), C12R 1/00(2006.01), 1992.

3. SU патент 1150 892, кл. А1, МПК C02F 3/12(2006.01), C02F 3/28(2006.01). C02F 3/34(2006.01), C02F 101/30(2006.01), 1988.

4. (ВРД 39-1.13-010-2000) Правила приема промышленных сточных вод в канализацию населенных пунктов. - М.: МЖКХ РСФСР, 1985. - 106 с.

5. Караваев М.М., Мастеров А.П. Производство метанола. М. «Химия», 1973, стр. 112.

Изобретение относится к биологической очистке метанолсодержащих сточных вод в биореакторе мембранного типа. Способ включает подачу сточных вод с метанолом в резервуар реактора циклического действия с активным илом, куда добавляют пресную воду для разбавления смеси метанолсодержащих сточных вод и ортофосфорную кислоту, обогащают источниками азота и обрабатывают микроорганизмами, в качестве которых используют штаммы бактерий, которые при 20-37°С утилизируют метанол в течение 22-24 часов в аноксидных условиях при концентрации кислорода в смеси 0,2-0,9 мг/л. Обработанная микроорганизмами смесь сточных вод с остаточным содержанием метанола далее проходит анаэробную, аноксидную и аэробно-аноксидную стадии биологической очистки активным илом в биореакторе мембранного типа. Активный ил циркулируют через мембраны биореактора при одновременном отводе биологически очищенных сточных вод в виде пермеата через поры мембран. Далее биологически очищенные сточные воды подаются для фильтрационно-реагентной доочистки, после чего пресная вода собирается, обеззараживается, транспортируется на основное производство. Обеспечивается получение биологически очищенных сточных вод, соответствующих нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного значения, а при доочистке обеспечивается их вторичное использование. 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр., 3 ил.

1. Способ биологической очистки сточных вод от метанола, включающий:

а) подачу сточных вод с метанолом, в том числе продувочных и производственных сточных вод, осуществляют в резервуары биореактора циклического действия с активным илом для формирования смеси метанолсодержащих сточных вод;

б) подачу в резервуары биореактора циклического действия пресной воды для разбавления смеси метанолсодержащих сточных вод;

в) нейтрализацию смеси метанолсодержащих сточных вод ортофосфорной кислотой до рН 6,0-7,0, обогащение источниками азота и последующую обработку микроорганизмами, в качестве которых используют штаммы бактерий, утилизирующими метанол в течение 22-24 часов при температуре смеси метанолсодержащих сточных вод от 20 до 37°С;

г) вывод из резервуаров биореактора циклического действия обработанной микроорганизмами смеси сточных вод с остаточным содержанием метанола для последовательной анаэробной, аноксидной и аэробно-аноксидной стадий биологической очистки активным илом в биореакторе мембранного типа;

д) циркуляцию активного ила через мембраны биореактора мембранного типа при одновременном отводе биологически очищенной сточной воды в виде пермеата через поры мембран;

е) дополнительную фильтрационно-реагентную обработку биологически очищенной сточной воды с получением пресной воды;

ж) сбор, обеззараживание и транспортировку пресной воды на основное производство и в резервуары биореактора циклического действия;

з) постоянный отвод избыточного активного ила из биореактора мембранного типа с последующей его дегидратацией в обезвоживающем агрегате, отличающийся тем, что после этапов: а), б) и в), обработка смеси метанолсодержащих сточных вод производится микроорганизмами, утилизирующими метанол в аноксидных условиях при концентрации кислорода в смеси 0,2-0,9 мг/л, предпочтительно 0,3-0,6 мг/л, более предпочтительно 0,4-0,5 мг/л.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гомогенизацию смеси метанолсодержащих сточных вод на этапе в) производят до формирования в смеси метанолсодержащих сточных вод остаточной концентрации метанола 50-250 мг/л, предпочтительно 100-200 мг/л.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что смесь метанолсодержащих сточных вод на этапе г) подается в биореактор мембранного типа с постоянным уровнем циркулирующей иловой смеси через мембраны для биологической очистки сточных вод от метанола с формированием концентрации активного ила от 2 до 20 г/л.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отделение биологически очищенных сточных вод от активного ила на этапе д) осуществляется в турбулентном режиме проточной циркуляции иловой смеси внутри мембран, расположенных за пределами биореактора мембранного типа или в ламинарном режиме проточной циркуляции иловой смеси снаружи мембран, расположенных внутри биореактора мембранного типа.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при подаче потоков метанолсодержащих сточных вод на этапе г) денитрификацию иловой смеси с остаточным содержанием метанола ведут при рН 7,0-7,6 в первой аноксидной зоне биореактора мембранного типа и концентрации растворенного кислорода 0,5 мг/л, а последующую нитрификацию ведут на стадии аэробной обработки при концентрации растворенного кислорода в начале аэробной зоны на уровне 5-8 мг/л с формированием в конце аэробной зоны вторичной аноксидной зоны биореактора мембранного типа с концентрацией растворенного кислорода менее 0,5 мг/л и рН на уровне 7,6-8,0 перед подачей на стадию д) биологической очистки сточных вод.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что биологически очищенные сточные воды в качестве фильтруемой среды на этапе е) подаются для фильтрационно-реагентной доочистки в многослойных напорных фильтрах или дополнительных мембранах с получением пресной воды, после чего пресная вода поступает на этапы ж) и б).

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделенный на этапе з) избыточный активный ил с концентрацией 2-16 г/л, предпочтительно 4-9 г/л, более предпочтительно 5-8 г/л, подается из аэробной зоны биореактора мембранного типа в обезвоживающий агрегат.