Способ глубокой комплексной очистки высококонцентрированных по формам минерального азота и фосфора производственных и поверхностных сточных вод при низком содержании органических веществ Российский патент 2023 года по МПК C02F3/30 C02F9/00 

Описание изобретения

Изобретение относится к области биологической очистки сточных вод с высоким содержанием азота аммонийного, азота нитратов и фосфора при низком содержании органических веществ и может быть использовано в коммунальном хозяйстве промышленных предприятий для очистки поверхностных и производственных сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод от органических соединений, азота и фосфора (см. патент РФ на изобретение №2351551, опубл. 10.04.2009, МПК C02F 9/14, C02F 3/12, C02F 3/30, C02F 103/04, авторы Швецов В.Н. Морозова К.М., Киристаев А.В. Смирнова И.И.), для осуществления способа проводят гидравлически сообщенные анаэробную, аноксичную, аэробную стадии обработки активным илом с мембранной сепарацией, стадию деаэрации, предшествующую стадии анаэробной обработки, стадию обработки порошкообразным активированным углем (ПАУ) с мембранной сепарацией. Способ включает также рециркуляцию иловой смеси со стадии аэробной обработки на стадию деаэрации и рециркуляцию иловой смеси с аноксичной стадии на анаэробную. Очищаемую воду после последовательных анаэробной стадии при нагрузке на активный ил по БПК 2,0-4,0 мг/г⋅ч и аноксичной стадии при нагрузке на активный ил по азоту 3,5-4,5 мг/г⋅ч, по БПК 8-13 мг/г⋅ч подают непосредственно на стадию аэробной обработки с мембранной сепарацией. При этом нагрузка на активный ил по азоту составляет 0,8-1,2 мг/г⋅ч, по нефтепродуктам - 0,5-0,7 мг/г⋅ч, по СПАВ - 0,16-0,22 мг/г⋅ч и по фенолам - 0,18-0,25 мг/г⋅ч. На стадию аноксичной обработки направляют 80-90% рециркулируемой иловой смеси со стадии деаэрации. Обработку воды ПАУ ведут при концентрации растворенного кислорода до 4,0 мг/л за счет подачи сжатого воздуха и концентрации ПАУ 20-30 г/л при одноразовой его загрузке. При этом нагрузка на ПАУ по нефтепродуктам составляет 0,35-0,45 мг/г⋅ч, по СПАВ 0,06-0,07 мг/г⋅ч и по фенолам 0,02-0,024 мг/г⋅ч. Способ обеспечивает повышение степени очистки от азота и фосфора, расширение диапазона удаляемых органических соединений, упрощение процесса и сокращение его длительности.

Недостатком данного способа для реализации заявляемого технического решения является многостадийность и сложность в эксплуатации технологической схемы, в которой к тому же, не отражена информация по легкоразлагаемой органики, используемой для реализации процесса удаления фосфора и денитрификации, не указана адсорбционная емкость угля, принцип его регенерации. Данная технологическая схема предусматривает возможность дефосфатизации только при низких концентрациях фосфора в исходной сточной воде, то же можно сказать и о концентрации азота нитратов, так как в представленных примерах значение БПК отличается невысоки содержанием легкорастворенной органики. Следовательно, данное технологическое решение имеет ограниченный диапазон по загрязняющим веществам и не может быть использовано для решения данной технической задачи.

Известен способ биологической очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений (см. патент РФ на изобретение №2644 902, опубл. 14.02.2018, МПК C02F 3/30, C02F 9/14, C02F 11/02, C02F 101/10, C02F 101/30, C02F 103/20 авторы Марков Н.Б., Попов П.Г.) заключающийся в том, включает очистку сточных вод от механических примесей, равномерный вывод обработанных сточных вод для анаэробной, аноксидной и аэробно-аноксидной биологической очистки активным илом, циркуляцию иловой смеси через мембранные модули при одновременном отводе фильтрата через поры мембран, периодическую отмывку внутренней поверхности и пор мембран от частиц активного ила и загрязнений, дополнительную доочистку, сбор, и транспортировку биологически очищенной сточной воды до места ее сброса при постоянном отводе активного ила из биореактора с последующей его дегидратацией в обезвоживающем агрегате. При циркуляции иловой смеси формируют концентрацию активного ила от 2 до 20 г/л.

Отвод очищенных сточных вод от активного ила происходит через поры горизонтальных мембранных модулей в турбулентном режиме проточной циркуляции активного ила или вертикальных мембранных модулей в ламинарном режиме эрлифтной циркуляции активного ила при периодической отмывке внутренней поверхности и пор мембран. Активный ил из аэробной зоны биореактора отводят и подают в обезвоживающий агрегат для его гидратации.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании заявляемого способа, относится то, что в известном способе используется анаэробная зона, не несущая функциональной нагрузки. Анаэробная зона, наряду с аэробной применяется для биологической дефосфатизации, о которой не идет речь в заявляемом способе, кроме этого в примере представлена концентрация в сточных водах P₂O₅ от 2 до 8 мг/л, что по фосфору соответствует по Р 3,49 - 0,87 мг/л, при (БПК) от 40 до 350 мг/л, при известном соотношении БПК:Р = 100:1, весь фосфор потребуется для процессов ассимиляции и нет необходимости проводить биологическую дефосфатизацию и, следовательно, анаэробная зона является излишней в данном сооружении биологической очистки. Кроме того, нитратосодержащий поток иловой смеси рециркулирует с конца аэробной в начало анаэробной стадии обработки сточных вод, при этом объемное соотношение рециркулируемого нитратсодержащего потока иловой смеси к потоку сточных вод на входе биореактора поддерживают равным от 2:1 до 4:1. В этом случае в анаэробной зоне невозможно создать бескислородные условия, так как, во-первых, данная циркуляционная смесь насыщена кислородом, а во-вторых, нитратами, которые содержат связанный кислород. Данная технологическая схема является нецелесообразной, имеет излишние функциональные зоны.

Известен способ очистки сточных вод от аммонийного азота (см. патент РФ на изобретение №2 136 612, опубл. 10.09.1999, МПК C02F 3/30, авторы Сабирова Т.М., Дербышева Е.К.) Способ биохимической очистки сточных вод от аммиачного азота включает стадии биохимической нитрификации и денитрификации с поддержанием рН на стадии нитрификации не ниже 6,5-7,0. Поддержание заданного рН на стадии нитрификации осуществляют вводом в сточные воды, подаваемые на денитрификацию, заданного количества нитратных и/или нитритных соединений, которые могут быть введены в виде водных растворов. Способ обеспечивает высокую степень очистки сточных вод от аммонийного азота без использования щелочных реагентов. Суть способа заключается в том, что сточные воды, содержащие азот аммонийный подают в денитрификатор, в который также направляют раствор нитрата натрия, по концентрации азота нитрата в 1,5 раза превышающим концентрации азота аммонийного.

Сточные воды подвергают биологической денитрификации до остаточного содержания нитратов не более 0,1 г/л. После денитрификатора сточную воду передают в нитрификатор, где проводят частичную (≈ на 70% от исходного содержания аммонийного азота).

Биологическую нитрификацию солей аммония до остаточного содержания аммонийного азота ≈ 100 мг/л и рН не менее 6,5 - 7,0, то есть практически до полного потребления щелочности, полученной вследствие денитрификации добавленного нитрата натрия. После нитрификации сточную воду вновь возвращают в денитрификатор для получения щелочности за счет нитратов и нитритов, образовавшихся в процессе нитрификации, до остаточного содержания последних в сточной воде не более 15 мг/л. Далее сточную воду возвращают в нитрификатор, где проводят нитрификацию оставшегося количества аммонийного азота, а затем в денитрификатор для разложения образовавшихся при этом нитратов и нитритов. Получают сточную воду с содержанием аммонийного азота и азота нитратов-нитритов не более 10-15 мг/л.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании заявляемого способа является то, что данная технологическая схема предусматривает многократную циркуляцию сточных вод, что способствует увеличению энергозатрат на процесс очистки сточных вод, кроме этого недостатком известного способа является узкая область его применения, так как предполагается осуществлять очистку сточных вод до остаточной концентрации азота аммонийного 10-15 мг/л, что значительно выше предельно допустимых концентраций при выпуске сточных вод в водоемы. Так же данный способ очистки сточных вод от азота аммонийного может быть рассмотрен как частный случай, так как для реализации процесса денитрификации применяют органический субстрат коксохимического производства в качестве органического питания. При этом отмечается, что в сточных водах коксохимического предприятия содержится большое количество веществ, которые тормозят развитие микроорганизмов, а некоторые могут привести к их гибели.

Известен способ обеспечения надежности очистки сточных вод от соединений азота и фосфора (см. патент РФ на изобретение №2440 306, опубл. 12.02.2012, МПК C02F 3/30, C02F 101/16, C02F 103/04, авторы Васильев Б.В., Трухин Ю.А. Рублевская О.Н., Ильин Ю.А., Игнатчик B.C., Игнатчик С.Ю.)

Способ включает последовательное выдерживание сообщества микроорганизмов, очищающих сточные воды от органических и минеральных примесей, в анаэробных, аноксидных и аэробных условиях. Выполняют следующие операции: фиксируют расход возврата активного ила из вторичных отстойников и расход циркуляционного потока иловой смеси в денитрификатор с выхода нитрификатора; разбивают диапазон возможных расходов удаления избыточного активного ила на конечное число интервалов и в каждом из них вычисляют нагрузку на ил; строят графики зависимостей концентраций загрязнений в очищенной воде по контролируемым ингредиентам от нагрузки на ил.

Недостатком данного технического решения препятствующим достижению технического результата при использовании заявляемого способа является то, что биологическое удаление азота и фосфора из сточных вод осуществляют в диапазоне постоянно изменяемых рабочих нагрузок на ил в соответствие с многочисленными, различными вариантами развития событий, что

затрудняет использование данного технологического решения, тем более в отсутствие рекомендаций по применению органического субстрата, кроме этого данная технологическая схема содержит анаэробную зону, которая требует специфики эксплуатации и в заявляемом способе отсутствует. Также в зону денитрификатора предлагается подавать циркуляционный поток из нитрификатора, с остаточным содержанием растворенного кислорода, который будет ингибировать процесс денитрификации.

Известна система очистки сточных вод (см. патент РФ на изобретение №142 482, опубл. 27.06.2014, МПК C02F 3/00, авторы: Мишта В.П., Мишта В.А., Карагодина М.Н.) Система очистки сточных вод относится к устройствам комплексной очистки сточных вод и может быть использована для отвода и очистки поверхностных стоков дождевых, талых и поливомоечных вод с автомобильных, железных дорог, а также для очистки на предприятиях нефтяной, нефтехимической промышленности. Технический результат достигается в системе очистки сточных вод, содержащей последовательно соединенные между собой водосточный коллектор, отстойную камеру и биоплато с высшей водной растительностью, стенки которых выполнены из контейнеров с каменным материалом изверженных и/или метаморфических пород, внутреннее пространство которых заполнено известняком, при этом в биоплато введены микрофлора и микроорганизмы, имеющие в своем составе штаммы бактерий псевдомонаса, родокков и дрожжей кандида и других микроорганизмов-деструкторов нефтяных углеводородов, при этом контейнеры выполнены из эластичного трубчатого трикотажного полотна.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании заявляемого способа относится то, что в известном способе основная задача сводится к очистке поверхностных сточных вод от нефтепродуктов, что в заявляемом способе не является первоочередной задачей, кроме этого использование биоплато с высшей водной растительностью в холодное время года затруднительно, биоценоз активного ила, внесенный в биоплато при низких температурах (ниже 12°С) практически утрачивает способность к метаболизму. Данная технологическая схема не обеспечит круглогодичной реализации процессов нитри и денитрификации в соответствии с заявляемым способом очистки.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа глубокой комплексной очистки высококонцентрированных по формам минерального азота и фосфора производственных и поверхностных сточных вод при низком содержании органических веществ с использованием физико-химических и биологических методов, при одновременном достижении стабильности реализации способа в условиях прерывистого поступления поверхностных сточных вод и надежности получения нормированного качества очищенных поверхностных сточных вод по показателям: взвешенные вещества, ХПК, БПК, формы азота, фосфаты, нефтепродукты, ПАВ независимо от исходных концентраций загрязняющих веществ, температуры обрабатываемых поверхностных или производственных сточных вод, а также предотвращения загрязнения территорий, прилегающих к промплощадке.

Техническим результатом заявляемого изобретения является реализация определенной последовательности стадий очистки, формирующих наилучшие условия для нитрификации и денитрификации при непрерывном процессе очистки, несмотря на неравномерное поступление поверхностных сточных вод по расходу и концентрациям загрязняющих веществ, также по температурным показателям, а также очистка хозяйственно-бытовых сточных вод в едином цикле с очисткой поверхностных сточных вод промплощадки.

Технический результат достигается тем, что высококонцентрированные поверхностные сточные воды, загрязненные взвешенными веществами, азотом аммонийным, азотом нитратным, фосфатами, нефтепродуктами, поверхностно-активными веществами (ПАВ) при низком содержании органических веществ после механической очистки и аккумулирующего резервуара, оборудованного механическими мешалками с помощью насоса подают на установку напорной реагентной флотации перед которой вводят растворы коагулянта, щелочи и флокулянта с целью снижения концентрации взвешенных веществ, фосфора фосфатов, нефтепродуктов, ПАВ. В установку флотации вводят растворы коагулянта и флокулянта, что позволит обеспечить эффективное формирование коагуляционных агрегатов при взаимодействии продуктов гидролиза коагулянта с тонкодиспергированными взвешенными веществами, эмульгированными веществами и фосфатами. Реагентное снижение концентрации фосфатов позволит избежать необходимости реализации биологической дефосфатизации и, следовательно, формирования анаэробной ступени на стадии биологической очистки. Далее поверхностные сточные воды направляют в промежуточный резервуар, оборудованный пневматической системой взмучивания, выполненной из перфорированных труб и далее с помощью насоса, поверхностные сточные воды направляют на биологическую очистку, которую осуществляют в аэротенке, разделенном на зоны с дозой ила по беззольному веществу не менее 2 г/л при этом разделение производят последовательно на зону нитрификации №1, зону деаэрации, зону денитрификации, зону нитрификации №2. Так как заявленный тип поверхностных сточных вод отличается низким содержанием органических веществ при высоком содержании азота аммонийного, целесообразно в качестве первой зоны биологической очистки, осуществляемой в аэротенке, использовать аэробную зону нитрификации, при этом в эту зону не целесообразно вводить сточные воды, содержащие органические вещества, например хозяйственно-бытовые или производственные сточные воды, или растворы легкоразлагаемой органики, так как отсутствие или низкие концентрации органических веществ в зоне нитрификации позволят предотвратить конкуренцию между автотрофными и гетеротрофными микроорганизмами и ингибирующее действие на нитрификаторы продуктов метаболизма гетеротрофных микроорганизмов, также позволит поддерживать нагрузку по на беззольное вещество активного ила менее в сутки, общеизвестно, что указанная нагрузка по на активный ил способствует протеканию процесса нитрификации. Зона нитрификации №1 оборудована аэраторами, размещенными по дну зоны, концентрацию растворенного кислорода поддерживают на уровне 2,0 - 4,0 мг/л, рН - от 7,7 до 8,2, окислительно-восстановительный показатель гН₂ поддерживают не менее 21, что подтверждено экспериментальными исследованиями, на установке представленной на фиг.1. Данные которых представлены в табл.1. Данные условия были определены как оптимальные в процессе реализации научно-исследовательской работы в лабораторных условиях. Результаты исследований позволили также определить скорость нитрификации, что в зависимости от исходной концентрации азота аммонийного в поверхностных сточных водах или их смеси с хозяйственно-бытовыми скорость процесса нитрификации колеблется от 6,16 до 2,7 (данные экспериментальных исследований представлены в табл.1), для зоны нитрификации №1 целесообразно скорость нитрификации принять 5,2-2,9 по беззольной части продолжительность процесса нитрификации составит не менее 6,0 часов. На этой стадии нитрификации достаточно обеспечить остаточную концентрацию азота-аммонийного не более 10 мг/л.

Из зоны нитрификации №1 поверхностные сточные воды с содержанием нитратов, накопленными на стадии нитрификации и, имеющимися в исходных поверхностных сточных водах направляют в зону деаэрации оборудованную механической мешалкой с частотным преобразователем с целью снижения концентрации растворенного кислорода и создания в последующей зоне денитрификации концентрации кислорода не более 0,5-0,7 мг/л, что обеспечит преимущественное использование связанного кислорода для реализации процесса денитрификации, в зону деаэрации подают раствор органического легкоокисляемого субстрата, не содержащего азот и фосфор, концентрацию органического субстрата определяют из расчета 3,5-4 мг БПК на 1 мг N-NO₃, что обеспечат процесс денитрификации не только необходимым субстратом, но и созданием восстановительной среды со значением окислительно-восстановительного показателя для зоны денитрификации - rH₂ не более 14. Из зоны деаэрации поверхностные сточные воды направляют в зону денитрификации для реализации процесса восстановления азота нитратов до азота газообразного, при установленной концентрации растворенного кислорода 0,5-0,7 мг/л. При указанных условиях в лабораторных условиях была определена скорость денитрификации, которая, соответствие с экспериментальными данными, представленными в табл.1 в зависимости от исходной концентрации нитратов составляет от 5,8 - 8,4 /г ила в час по беззольному веществу. В данном случае рекомендуется скорость денитрификации поддерживать от 3,0 до 8,4 /г ила в час по беззольному веществу при остаточной концентрации азота нитратов 15,0 мг/л, продолжительность в зоне денитрификации устанавливают не менее 1,5 часов. В процессе проведения научно-исследовательской работы было установлено, что нарушение указанных условий влечет за собой накопление в зоне денитрификации нитритов, что свидетельствует об отсутствии оптимальных условий для полной денитрификации. Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии зоны деаэрации и денитрификации оборудуют механическими мешалками с частотными преобразователями. Частотный преобразователь позволяет плавно регулировать скорость вращения вала мешалки в широком диапазоне при сохранении достаточно жестких механических характеристик, плавная регулировка вала мешалки позволяет подобрать оптимальный режим при перемешивании и предупредить захватывание воздуха из атмосферы, тем самым обеспечить низкое содержание растворенного кислорода в зоне денитрификации.

Далее, из зоны денитрификации поверхностные сточные воды направляют зону нитрификации №2, оборудованную аэраторами, размещенными по дну зоны, концентрацию растворенного кислорода поддерживают от 2,0 до 4,0 мг/л, нагрузку по поддерживают не более 0,07 в сутки по беззольному веществу, рН - от 7,7 до 8,2, окислительно-восстановительный показатель rH₂ поддерживают не менее 21, скорость процесса нитрификации определена в результате проведения экспериментальных исследований (данные представлены в табл.1) и с учетом исходной концентрации азота аммонийного 10 мг/л и может быть принята от 1,2 до 5,2 по беззольной части, продолжительность процесса нитрификации устанавливают не менее 4 часов, остаточную концентрацию азота аммонийного поддерживают в этой зоне не более 2,5 мг/л.

Из зоны нитрификации №2 предусмотрена 100% рециркуляция иловой смеси в зону деаэрации с последующим поступлением иловой смеси в зону денитрификации, наличие циркуляции позволит гарантированно не только реализовать в полной степени процессы нитри и-денитрификации, но и снизить до заданного значения и предотвратить проскоки загрязняющих веществ на стадию доочистки, в следствие того, что сооружения работают в слабо детерминированных условиях, так как значения входных переменных - количества и состава поверхностных сточных вод обусловлено как климатическими так и производственными условиями. Концентрации азота аммонийного и азота нитратов в соответствующих зонах поддерживают на указанных значениях с целью экономии объема сооружений, так как предусмотрены стадии доочистки. По завершению биологической очистки со свободноплавающим илом концентрации загрязняющих веществ в поверхностных сточных водах соответствуют следующим значениям по не более 15 мгО₂/л, по ХПК не более 60 мгО/л, по фосфору фосфатов не более 1,2 мг/л, по азоту аммонийному не более 2,5 мг/л, азоту нитратов не более 15 мг/л.

Для разделения иловой смеси, ее направляют во вторичный отстойник, который может быть оборудован тонкослойными модулями и системой для их регенерации, рециркуляционный активный ил с помощью насоса по трубопроводу возвращают в аэротенк в зону нитрификации №1, при наличии тонкослойных модулей промывную воду после их регенерации направляют в аккумулирующий резервуар, а биологически очищенные поверхностные сточные воды направляют из вторичного отстойника в биореактор, заполненный синтетической загрузкой «ЕРШ». Загрузка «ЕРШ» является запатентованным средством иммобилизации микроорганизмов и хорошо зарекомендовала себя для доочистки биологически очищенных сточных вод, так же при использовании данной загрузки происходит авторегенерация загрузки и вынос потоком воды избыточной и отмершей биопленки, что позволяет не останавливать биореактор на промывку и принудительное удаление избыточной биопленки, кроме этого биопленка имеет способность к быстрому росту биомассы при увеличении нагрузки по питательным веществам. В биореакторе, заполненном синтетической загрузкой «ЕРШ» выделяют три зоны, зона нирификации биореактора №1, зона денитрификации биореактора и зона нитрификации биореактора №2, зона нитрификации биореактора №1 предназначена для нитрификации и доокисления органических веществ, поступающих из зоны денитрификации аэротенка, в зонах нитрификации биореактора №1 и №2 осуществляют условия для формирования на загрузке «ЕРШ» преимущественно биопленки из аэробных автотрофных (нитрификаторы) и гетеротрофных микроорганизмов, в зоне денитрификации биореактора формируют условия для формирования гетеротрофных факультативно-анаэробных микроорганизмов. Зона нитрификации биореактора №1 предназначена для нитрификации и доокисления органических веществ, поступающих из зоны денитрификации аэротенка. В зоне нитрификации биореактора №1 устанавливают концентрацию растворенного кислорода более 2,5 мг/л, интенсивность аэрации не менее 4,0 м /ч воздуха на 1,0 м площади биореактора с синтетической загрузкой «ЕРШ», количество погонных метров загрузки «ЕРШ» определяют из условия окислительной мощности биоценоза на загрузке 70-80 на 1 п. м в час, концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 0,8 мг/л. Для достижения значения азота нитратов не выше 9,0 мг/л, из зоны нитрификации биореактора №1, поверхностные сточные воды подают в зону денитрификации биореактора, в которую может быть предусмотрен дополнительный ввод легкоокисляемой органики в соотношении 2,5-3,0 на 1 мг N-NO3, концентрацию растворенного кислорода поддерживают не выше 0,7 мг/л, количество погонных метров загрузки «ЕРШ» в зоне денитрификации биореактора определяют из условия восстановительной мощности биоценоза на загрузке 54 на 1 п. м в час, из зоны денитрификации биореактора поверхностные сточные воды направляют в зону нитрификации биореактора №2, в которой устанавливают концентрацию растворенного кислорода более 2,5 мг/л, интенсивность аэрации не менее 4,0 м³/ч ч воздуха на 1,0 м² площади биореактора с синтетической загрузкой «ЕРШ», количество погонных метров загрузки «ЕРШ» определяют из условия окислительной мощности биоценоза на загрузке 50-60 на один п. м в час, концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 0,3 мг/л. Параметры процессов трансформации форм азота в биореакторе с синтетической загрузкой «ЕРШ» были определены в процессе проведения экспериментальных исследований.

По завершению биологической доочистки в биореакторе с синтетической загрузкой «ЕРШ» концентрации загрязняющих веществ в поверхностных сточных водах соответствуют следующим значениям по Взвешенным веществам не более 15 мг/л, не более 5 мгО₂/л, по ХПК не более 40 мгО/л, по фосфору фосфатов не более 1,2 мг/л, по азоту аммонийному не более 0,3 мг/л, азоту нитратов не более 9 мг/л.

Из зоны нитрификации биореактора №2 биологически доочищенные поверхностные сточные воды, направляют в аэрационный смеситель, оборудованный пневматической системой взмучивания выполненной из перфорированных труб, в который дозируют раствор коагулянта и далее направляют на доочистку в фильтр с загрузкой «ЕРШ», скорость фильтрования поддерживают до 8 м/ч, регенерацию фильтра с загрузкой «ЕРШ» осуществляют путем интенсивной аэрации загрузки через систему перфорированных труб, уложенных по дну фильтра с загрузкой «ЕРШ», при этом промывные воды направляют в аккумулирующий резервуар.

В фильтрате фильтра с синтетической загрузкой «ЕРШ» концентрация загрязняющих веществ по взвешенным веществам не более 10 мг/л, по не более 5 мгО₂/л, по ХПК не более 30 мгО/л, по фосфору фосфатов не более 0,2 мг/л, по азоту аммонийному не более 0,3 мг/л, азоту нитратов не более 9 мг/л. Далее поверхностные сточные воды подают в резервуар очищенной воды, оборудованный пневматической системой взмучивания выполненной из перфорированных труб, откуда, с помощью насоса направляют на дисковый фильтр доочистки для снижения концентрации взвешенных не выше 5 мг/л, промывные воды с которого по трубопроводу направляют в аккумулирующий резервуар, далее очищенные поверхностные сточные воды после дискового фильтра подают на установку УФ-обеззараживания и далее, в резервуар очищенной воды, в отсутствии притока поверхностных сточных вод, принимая во внимание, что для процесса биологической очистки необходимо постоянное поддержание режима работы и поступления загрязняющих веществ, с помощью насоса предусмотрена возможность рециркуляции очищенных сточных вод по трубопроводу из резервуара очищенной воды в начало аэротенка - в зону нитрификации №1, в которую по трубопроводам вводят подпитку по биогенным веществам (азот аммонийный и фосфор), подпитку по легкоразлагаемым органическим веществам по трубопроводу вводят в аэротенк в зону деаэрации, производительность станции в режиме рецикла поддерживается 25%. по трубопроводу и избыточный активный ил по трубопроводу направляют в накопитель осадка, оборудованный пневматической системой перемешивания и далее, с помощью шнекового насоса направляют на обезвоживание в дегидратор, для увеличения влагоотдачи в трубопровод перед дегидратором дозируют раствор флокулянта по трубопроводу, из дегидратора фугат по трубопроводу направляют в аккумулирующий резервуар, а кек, влажностью не более 82% направляют в контейнеры и, далее, на утилизацию.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при очистке поверхностных сточных вод, характерной особенностью которых является сезонные температурные колебания, в холодное время года после механической очистки и аккумулирующего резервуара поверхностные сточные воды подают в теплообменник для обеспечения температуры обрабатываемых поверхностных сточных вод не ниже 15°С, что обеспечит протекание микробиологических процессов в оптимальном для бактерий режиме.

Также на достижение технических результатов влияет то, что в холодное время года в отсутствии притока поверхностных сточных вод, для поддержания режима работы очистных сооружений, рециркуляционный поток воды внутри станции из резервуара очищенной воды перед поступлением в начало аэротенка, в зону нитрификации №1, подают в теплообменник для обеспечения температуры обрабатываемых вод не ниже 15°С.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при наличии на промплощадке хозяйственно-бытовых сточных вод или производственных сочных вод, близких по составу к хозяйственно-бытовым, их используют в качестве органической подпитки, предварительно очищая на сооружениях механической очистки, аккумулируя и дозируя в аэротенк в зону деаэрации, расположенную перед денитрификатором. Такой прием позволит использовать одни очистные сооружения для очистки нескольких видов сточных вод.

Таким образом предлагаемая комплексная очистка

высококонцентрированных по формам минерального азота и фосфора производственных и поверхностных сточных вод при низком содержании органических веществ логически обоснована, является унифицированной и подтверждена экспериментальными данными.

Учитывая изложенное выше и с учетом раскрытой причинно-следственной связи между совокупностью признаков заявляемого изобретения и достигаемыми техническими результатами, можно утверждать, что задача, поставленная в основу создания способа для очистки поверхностных и производственных сточных вод, высококонцентрированных по формам минерального азота и фосфора, при низком содержании органических веществ решена полностью, так как использование изобретения за счет логически обоснованной последовательности стадий очистки позволяет обеспечить достижение технического результата, заключающегося в одновременном достижении стабильности реализации способа в условиях прерывистого поступления поверхностных сточных вод и надежности получения нормированного качества очищенных поверхностных сточных вод по показателям: взвешенные вещества, ХПК, БПК, формы азота, фосфаты, нефтепродукты, ПАВ независимо от исходных концентраций загрязняющих веществ, температуры обрабатываемых поверхностных или производственных сточных вод, а также предотвращения загрязнения территорий, прилегающих к промплощадке.

На фиг.2 представлена технологическая схема глубокой комплексной очистки высококонцентрированных по формам минерального азота и фосфора производственных и поверхностных сточных вод при низком содержании органических веществ.

На фиг.2 приняты следующие обозначения.

1. Механическая очистка;

2. Аккумулирующий резервуар

2.1. Механические мешалки аккумулирующего резервуара;

2.2. Насос, подающий поверхностные сточные воды из аккумулирующего резервуара на установку реагентной флотации;

3. Установка реагентной флотации;

4. Промежуточный резервуар, оборудованный системой взмучивания воздухом;

4.1. Пневматическая система взмучивания в резервуаре, выполненная из перфорированных труб

5. Насос, подающий поверхностные сточные воды в аэротенк;

6. Теплообменник;

7. Аэротнек, разделенный на зоны;

7.1. Зона нитрификации №1;

7.1.1. Аэраторы, размещенные в зоне нитрификации №1;

7.2. Зона деаэрации;

7.2.1. Механическая мешалка с частотным преобразователем для зоны деаэрации

7.3. Зона денитрификации;

7.3.1. Механическая мешалкой с частотным преобразователем для зоны денитрификации;

7.4. Зона нитрификации №2;

7.4.1. Аэраторы, размещенные в зоне нитрификации №2;

7.4.2. Насос рециркуляция иловой смеси в зону деаэрации;

8. Вторичный отстойник;

8.1. Тонкослойные модули;

8.2. Система регенерации тонкослойных модулей;

8.3. Насос рециркуляции активного ила;

9. Биореактор, заполненный синтетической загрузкой «ЕРШ»;

9.1. Зона нитрификации биореактора №1;

9.2. Зона денитрификации биореактора;

9.3. Зона нитрификации биореактора №2;

9.4. Синтетическая загрузка «ЕРШ» биореакора;

9.5. Система аэрации биореактора;

10. Аэрационный смеситель;

10.1. Пневматическая система взмучивания в аэрационном смесителе, выполненная из перфорированных труб;

11. Фильт доочистки;

11.1. Загрузка «ЕРШ» фильтра доочистки;

11.2. Система перфорированных труб для аэрации загрузки;

12. Резервуар очищенной воды;

12.1. Пневматическая система взмучивания;

12.2. Насос подачи поверхностных сточных вод на дисковый фильтр;

13. Дисковый фильтр;

14 Установка УФ-обеззараживания;

15. Резервуар очищенной воды после УФ-обеззараживания;

15.1. Насос рециркуляции очищенных сточных вод;

16. Воздуходувка;

17. Накопитель осадка;

17.1. Пневматическая система перемешивания осадка;

17.2. Шнековый насос подачи осадка в дегидратор;

18. Дегидратор;

18.1. Контейнер для сбора кека;

19. Трубопровод флотошлама;

20. Трубопровод избыточного активного ила;

21. Трубопровод рециркуляции активного ила;

22. Трубопровод внутренней рециркуляции

23. Трубопровод рециркуляции очищенных сточных вод в начало аэротенка;

24. Трубопровод промывных вод после регенерации фильтров доочистки;

25. Трубопровод фугата в аккумулирующий резервуар

Р1. Трубопровод ввода раствора коагулянта;

Р2. Трубопровод ввода раствора щелочи;

Р3. Трубопровод ввода раствора флокулянта;

Р4. Трубопровод раствора органического легкоокисляемого субстрата;

Р5. Трубопровод подпитки по раствору, содержащему азот аммонийный;

Р6. Трубопровод подпитки по раствору, содержащему фосфор;

Р7. Трубопровод дозирования флокулянта в дегидратор.

Способ очистки осуществляется следующим образом. Исходные сточные воды, имеющие следующие показатели: взвешенные вещества от 200 до 2000 мг/л; ХПК от 30 до 150 мгО/л; БПК₅ от 5 до 40 мО₂/л; азот аммонийный от 40 до 150 мг/л; азот нитратов от 2 до 30 фосфат-ион от 5 до 40 мг/л, нефтепродукты от 5 до 40, поверхностно-активные вещества от 10 до 50 очищают механически и после механической очистки (1) и аккумулирующего резервуара (2), оборудованного механическими мешалками (2.1) с помощью насоса (2.2) подают на установку напорной реагентной флотации (3) перед которой вводят раствор коагулянта по трубопроводу Р1, раствор щелочи по трубопроводу Р2 и раствор флокулянта по трубопроводу РЗ с целью снижения концентрации взвешенных веществ, фосфора фосфатов, нефтепродуктов, ПАВ, далее поверхностные сточные воды направляют в промежуточный резервуар (4) оборудованный пневматической системой взмучивания выполненной из перфорированных труб (4.1) и далее с помощью насоса (5) поверхностные сточные воды направляют на биологическую очистку, которую осуществляют в аэротенке, разделенном на зоны (7) с дозой ила по беззольному веществу не менее 2 г/л при этом разделение производят последовательно на зону нитрификации №1 (7.1), зону деаэрации (7.2), зону денитрификации (7.3), зону нитрификации №2 (7.4), вначале поверхностные сточные воды направляют в зону нитрификации №1 (7.1), оборудованную аэраторами (7.1.1), размещенными по дну зоны, воздух в аэраторы подают от воздуходувки (16), концентрацию растворенного кислорода поддерживают на уровне 2,0 - 4,0 мг/л, нагрузку по в зоне нитрификации поддерживают менее 0,1 в сутки по беззольному веществу, рН - от 7,7 до 8,2, окислительно-восстановительный показатель rH_{2 поддерживают не менее 21, скорость процесса нитрификации устанавливают 5,2-2,9 по беззольной части, продолжительность процесса нитрификации устанавливают не менее 6 часов, остаточную концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 10,0 мг/л, затем поверхностные сточные воды направляют в зону деаэрации (7.2), оборудованную механической мешалкой с частотным преобразователем (7.2.1) с целью снижения концентрации растворенного кислорода в последующей зоне денитрификации (7.3) и создании в ней оптимального значения окислительно-восстановительного показателя гН2 соответствующего значению не более 14, в зону деаэрации (7.2) по трубопроводу Р4 подают раствор органического легкоокисляемого субстрата, не содержащего азот и фосфор из расчета 3,5-4 на 1 из зоны деаэрации (7.2) поверхностные сточные воды направляют в зону денитрификации (7.3), оборудованную механической мешалкой (7.3.1) с частотным преобразователем для реализации процесса восстановления азота нитратов до азота газообразного, при установленной концентрации растворенного кислорода 0,5-0,7 мг/л, скорость денитрификации поддерживают от 3,0 до 8,4 мг N-NO3/г ила в час по беззольному веществу, остаточную концентрацию азота нитратов устанавливают не выше 15,0 мг/л, продолжительность в зоне денитрификации устанавливают не менее 1,5 часов, из зоны денитрификации (7.3) поверхностные сточные воды направляют зону нитрификации №2 (7.4), оборудованную аэраторами (7.4.1), размещенными по дну зоны, концентрацию растворенного кислорода поддерживают от 2,0 до 4,0 мг/л, нагрузку по поддерживают не более 0,07 в сутки по беззольному веществу, рН - от 7,7 до 8,2, окислительно-восстановительный показатель гН2 поддерживают не менее 21, скорость процесса нитрификации устанавливают 5,2 - 1,2 по беззольной части, продолжительность}

процесса нитрификации устанавливают не менее 4 часов, остаточную концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 2,5 мг/л, из зоны нитрификации №2 (7.4) с помощью насоса (7.4.2) по трубопроводу (22) предусмотрена 100% рециркуляция иловой смеси в зону деаэрации (7.2), из зоны денитрификации (7.3) для разделения иловой смеси, ее направляют во вторичный отстойник (8), который может быть оборудован тонкослойными модулями (8.1) и системой для их регенерации (8.2), рециркуляционный активный ил с помощью насоса (8.3) по трубопроводу (21) возвращают в аэротенк в зону нитрификации №1 (7.1), при наличии тонкослойных модулей (8.1), промывную воду после их регенерации направляют в аккумулирующий резервуар (2), а биологически очищенные поверхностные сточные воды направляют из вторичного отстойника (8) в биореактор (9), заполненный синтетической загрузкой «ЕРШ» (9.4) и с установленной в нем системой аэрации (9.5), в котором выделяют три зоны, зону нирификации биореактора №1 (9.1), зону денитрификации биореактора (9.2) и зону нитрификации биореактора №2 (9.3), зона нитрификации биореактора №1(9.1) предназначена для нитрификации и доокисления органических веществ, поступающих из зоны денитрификации аэротенка (7.3), в зоне нитрификации биореактора №1(9.1) устанавливают концентрацию растворенного кислорода более 2,5 мг/л, интенсивность аэрации не менее 4,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади биореактора с синтетической загрузкой «ЕРШ», количество погонных метров загрузки «ЕРШ» определяют из условия окислительной мощности биоценоза на загрузке 70-80 мг_N-NH4 на 1 п. м в час, концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 0,8 мг/л, далее для достижения значения азота нитратов не выше 9,0 мг/л, из зоны нитрификации биореактора №1 (9.1), поверхностные сточные воды подают в зону денитрификации биореактора (9.2), в которую может быть предусмотрен дополнительный ввод легкоокисляемой органики в соотношении 2,5-3,0 мг_{БПКполн} на 1 мг N-NO₃, концентрацию растворенного кислорода поддерживают не выше 0,7 мг/л, количество погонных метров загрузки «ЕРШ» в зоне денитрификации биореактора определяют из условия восстановительной мощности биоценоза на загрузке 54 мг_N-NO3 на 1 п. м в час, из зоны денитрификации биореактора поверхностные сточные воды направляют в зону нитрификации биореактора №2 (9.3), в которой устанавливают концентрацию растворенного кислорода более 2,5 мг/л, интенсивность аэрации не менее 4,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади биореактора (9)с синтетической загрузкой «ЕРШ» (9.1), количество погонных метров загрузки «ЕРШ» определяют из условия окислительной мощности биоценоза на загрузке 50-60 на 1 п. м в час, концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 0,3 мг/л, далее из зоны нитрификации биореактора №2 (9.3) биологически доочищенные поверхностные сточные воды, направляют в аэрационный смеситель (10), оборудованный пневматической системой взмучивания выполненной из перфорированных труб (10.1), в который по трубопроводу (Р1) дозируют раствор коагулянта и далее направляют на доочистку в фильтр (11) с загрузкой «ЕРШ» (11.1), скорость фильтрования поддерживают до 8 м/ч, регенерацию фильтра (11) с загрузкой «ЕРШ» (11.1) осуществляют путем интенсивной аэрации загрузки через систему перфорированных труб (11.2), уложенных по дну фильтра (11) с загрузкой «ЕРШ» (11.1), при этом промывные воды по трубопроводу (24) направляют в аккумулирующий резервуар (2), далее поверхностные сточные воды подают в резервуар очищенной воды (12), оборудованный пневматической системой взмучивания выполненной из перфорированных труб (12.1), откуда, с помощью насоса (12.2) направляют на дисковый фильтр доочистки (13) для снижения концентрации взвешенных не выше 5 мг/л, промывные воды с которого по трубопроводу (25) направляют в аккумулирующий резервуар (2), далее очищенные поверхностные сточные воды после дискового фильтра (13) подают на установку УФ-обеззараживания (14) и далее, в резервуар очищенной воды (15), в отсутствии притока поверхностных сточных вод, принимая во внимание, что для процесса биологической очистки необходимо постоянное поддержание режима работы и поступления загрязняющих веществ, с помощью насоса (15.1) предусмотрена возможность рециркуляции очищенных сточных вод по трубопроводу (23) из резервуара очищенной воды (15) в начало аэротенка - в зону нитрификации №1 (7.1), в которую по трубопроводам Р5 и Р6 вводят подпитку по биогенным веществам (азот аммонийный и фосфор), подпитку по легкоразлагаемым органическим веществам по трубопроводу Р4 вводят в аэротенк в зону деаэрации (7.2), производительность станции в режиме рецикла поддерживается 25%, флотошлам по трубопроводу (19) и избыточный активный ил по трубопроводу (20) направляют в накопитель осадка (17), оборудованный пневматической системой перемешивания (17.1) и далее, с помощью шнекового насоса (17.2) на обезвоживание в дегидратор (18), для увеличения влагоотдачи в трубопровод перед дегидратором дозируют раствор флокулянта по трубопроводу Р7, из дегидратора (18) фугат по трубопроводу (25) направляют в аккумулирующий резервуар (2), а кек, влажностью не более 82% направляют в контейнеры (18.1) и, далее, на утилизацию. Воздух для системы аэрации подается от воздуходувки (16). Для подогрева воды в холодный период времени сточные воды проходят через теплообменник (6).

Для пояснения параметров процесса очистки высококонцентрированных по формам минерального азота и фосфора производственных и поверхностных сточных вод при низком содержании органических веществ и доказательства решения поставленных задач приводим пример реализации заявленного способа.

В качестве примера реализации способа представлена технология очистки поверхностных сточных вод комбината химических удобрений, (фиг.2), приведены описание последовательности протекающих процессов и показатели качества очистки поверхностных сточных вод.

Пример

Исходные поверхностные сточные воды, расходом, 1700 м³/сут., (ср. час.70,83 м³/ч) и имеющие следующие показатели: взвешенные вещества до 2000 мг/л; ХПК 100 мгО/л; БПК₂₀ 20 мгО₂/л; аммоний-ион 59 мг/л (46 мг/л по азоту аммонийному); нитрат-анион 65,8 мг/л (14,9 по азоту нитратов), фосфат-ион 20,52 мг/л, нефтепродукты 25 мг/л, очищают механически, при этом концентрация взвешенных веществ после механической очистки составит не более 500 мг/л. После механической очистки (1) поверхностные сточные воды направляли в аккумулирующий резервуар (2), из которого их при температуре менее 15°С пропускали через проточный теплообменник (6), далее направляли на установку напорной реагентной флотации (3) с целью снижения концентрации взвешенных веществ, фосфора фосфатов, нефтепродуктов. В качестве коагулянта использовали оксихлорид алюминия, доза по оксиду алюминия=30 мг/л, в качестве флокулянта использовали катионный флокулянт, дозой=0,2 мг/л, после флотатора концентрация взвешенных веществ=105 мг/л, концентрация фосфора фосфатов=3,8 мг/л, концентрация нефтепродуктов=5,0 мг/л. мгО₂/л, ХПК=82 мгО/л, концентрация азота аммонийного 46 мг/л, концентрация азота нитратов=14,9 мг/л, концентрация нефтепродуктов=5,0 мг/л. Далее поверхностные сточные воды направляют на биологическую очистку в аэротенк в зону нитрификации №1 (7.1), оборудованную аэраторами (7.1.1), размещенными по дну зоны, концентрацию растворенного кислорода поддерживали=3,0 мг/л, рН=7,7, дозу ила обеспечили 2,0 г/л, по беззольной части, в этой зоне нитрификации концентрация азота аммонийного составила 8 мг/л, продолжительность пребывания в этой зоне поверхностных сточных вод при скорости нитрификации 2,9 мгN-NH₄/г составила 7,2 часа, при этом объем этой зоны составит 510,0 м³. Нагрузка на ил по составила 0,03 гБПК/г ила в сутки, rH₂=21.

В зоне нитрификации №1 концентрация фосфора фосфатов=3,2 мг/л, концентрация нефтепродуктов=5,0 мг/л. мО₂/л, ХПК=75 мгО/л, концентрация азота аммонийного 8 мг/л, концентрация азота нитратов=60 мг/л, концентрация нефтепродуктов=5,0 мг/л.

После деаэрации в зоне деаэрации поверхностных сточных вод (7.2) и введения этанола, для обеспечения органическим субстратом денитрифицирующих микроорганизмов, концентрация этанола по концентрация нитратов=60 мг/л, скорость денитрификации в зоне денитрификации (7.3) составила 8,0 мг_N-NO3/г ила в час по беззольному веществу при запланированной остаточной концентрации азота нитратов в данной зоне 10 мг/л. Продолжительность процесса денитрификации составила 3 часа. При этом объем зоны денитрификации составил 212,5 м³. Концентрацию растворенного кислорода поддерживали 0,7 мг/л, rH₂=13.

В зоне денитрификации концентрация фосфора фосфатов=1,2 мг/л, концентрация нефтепродуктов=3,0 мг/л. мгО₂/л, ХПК=312 мгО/л, концентрация азота аммонийного 5 мг/л, концентрация азота нитратов=10 мг/л,

Из зоны денитрификации (7.3) поверхностные сточные воды подали в следующую зону - зону нитрификации №2 (7.4.). Концентрация азота аммонийного на входе в зону нитрификации №2 составила 8,0 мг/л. Концентрацию растворенного кислорода поддерживали 3,0 мг/л, дозу ила поддерживали 2 г/л, гН₂ поддерживали 25. При скорости нитрификации 1,2 по беззольной части, продолжительность пребывания в зоне нитрификации №2 (7.4) составила 4 часа. Остаточная концентрация азота аммонийного составила 2,5 мг/л. Объем зоны нитрификации №2 (7.4)=284 м³. Общий объем сооружения с учетом зоны деаэрации, в которой поверхностные сточные воды пребывают 0,5 часа, составляет 1099,5 м³. Из конструктивных соображений площадь аэротенка принимаем 24×12=288 м. Следовательно глубина воды в аэротенке составит 3,8 -4 м.

В зоне нитрификации №2 концентрация фосфора фосфатов=1,1 мг/л, концентрация нефтепродуктов=2,5 мг/л. мгО₂/л, ХПК=45 мгО/л, концентрация азота аммонийного 2,5 мг/л, концентрация азота нитратов=12,5 мг/л.

Иловую жидкость разделяли во вторичном отстойнике (8.), осветленные и биологически очищенные поверхностные сточные воды направляем в биореактор (9) с загрузкой «ЕРШ» (9.4), в первую зону - зону нитрификации №1 (9.1), концентрацию растворенного кислорода поддерживали 2,5 - 3 мг/л, скорость нитрификации была определена в процессе стендовых испытаний и составила 70 мгN-NO₄/п.м. Концентрация азота аммонийного на выходе из этой зоны составила 0,6 мг/л. Количество погонным метров загрузки «ЕРШ» в этой зоне составит 2529 п. м, из условия, что в 1 м³ кассеты находится 144 п м загрузки «ЕРШ», объем кассеты составит 17,5 м³.

В зоне нитрификации биореактора №1 концентрация фосфора фосфатов=1,1 мг/л, концентрация нефтепродуктов=2,5 мг/л. мгО₂/л, ХПК=45 мгО/л, концентрация азота аммонийного=0,6 мг/л, концентрация азота нитратов=12,5 мг/л.

Из зоны нитрификации биореактора (9) с загрузкой «ЕРШ» (9.4) поверхностные сточные воды поступают в зону денитрификации (9.2) концентрация азота нитратов в этой зоне составила 12,5 мг/л, концентрацию растворенного кислорода поддерживали не выше 0,5-0,7 мг/л, окислительно-восстановительный показатель гН₂ поддерживали равным 13, количество погонных метров загрузки «ЕРШ» в зоне денитрификации (9.2) определяли из условия восстановительной мощности загрузки 54 на 1 п. м.,ч, следовательно, для этой зоны количество погонных метров загрузки «ЕРШ» составит 4576 п. м, объем загрузки составит 31,7 м В зоне денитрификации концентрация фосфора фосфатов=1,1 мг/л, концентрация нефтепродуктов=1,0 мг/л. мгО₂/л, ХПК=35 мгО/л, концентрация азота аммонийного 0,5 мг/л, концентрация азота нитратов=8,4 мг/л.

Для доокисления органических веществ и завершения процесса нитрификации из зоны денитрификации биореактора (9.2) поверхностные сточные воды направили в зону нитрификации биореактора №2 (9.3), из конструктивных соображений объем кассет зоны выполняется аналогичным зона нитрификации биореактора №1(9.1). При выходе из зоны нитрификации биореактора №2 (9.3) состав сточных вод соответствует следующим показателям:

концентрация фосфора фосфатов=1,1 мг/л, концентрация нефтепродуктов=1,0 мг/л. мО₂/л, ХПК=35 мгО/л, концентрация азота аммонийного 0,28 мг/л, концентрация азота нитратов=8,4 мг/л.

Далее из зоны нитрификации биореактора №2 (9.3) биологически очищенные поверхностные сточные воды, направили в аэрационный смеситель (10), в который дозировали раствор коагулянта оксихлорида алюминия, дозой 10 мг/л по оксиду алюминия и далее направляли на доочистку в фильтр с загрузкой «ЕРШ» (11), на котором осуществляли доочистку до концентраций по взвешенным веществам, состав сточных вод соответствует следующим показателям:

взвешенные вещества=8,0 мг/л; ХПК=25 мгО/л; БПК₂₀=3,2 мО₂/л; азот аммонийный=0,28 мг/л; азот нитратов=8,4 мг/л, фосфат-ион=0,2 мг/л, нефтепродукты=0,1 мг/л.

Далее поверхностные сточные воды направляли на дисковый фильтр (13), после которого показатели качества воды составили:

взвешенные вещества 5 мг/л; ХПК=25 мгО/л; БПК₂₀=2,9 мгО₂/л; азот аммонийный=0,28 мг/л; азот нитратов=8,4 мг/л, фосфат-ион=0,2 мг/л, нефтепродукты=0,05 мг/л.

Данные по составу очищаемых поверхностных сточных вод комбината минеральных удобрений по этапам очистки представлены в табл.2

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - очистная установка;

Фиг. 2 - технологическая схема глубокой комплексной очистки высококонцентрированных по формам минерального азота и фосфора производственных и поверхностных сточных вод при низком содержании органических веществ.

Изобретение относится к области биологической очистки сточных вод. Сточные воды после механической очистки и аккумулирующего резервуара подают на установку напорной реагентной флотации, перед которой вводят растворы коагулянта, щелочи и флокулянта. Далее сточные воды направляют на биологическую очистку в аэротенке, разделенном на зоны нитрификации и денитрификации. Для разделения иловой смеси ее направляют во вторичный отстойник. После биологической очистки сточные воды доочищают в биореакторе с синтетической загрузкой «ЕРШ», с установленной в нем системой аэрации. В биореакторе выделяют две зоны нитрификации и зону денитрификации. Далее сточные воды направляют на доочистку в фильтр с загрузкой «ЕРШ» и дисковый фильтр, далее направляют на обеззараживание. Обеспечивается глубокая комплексная очистка производственных и поверхностных сточных вод при одновременном достижении стабильности очистки в условиях прерывистого поступления сточных вод и надежности получения нормированного качества очищенных поверхностных сточных вод независимо от исходных концентраций загрязняющих веществ и температуры обрабатываемых сточных вод. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 1 пр.

1. Способ глубокой комплексной очистки производственных и поверхностных сточных вод с наличием форм минерального азота и фосфора и при наличии содержания органических веществ, характеризующийся тем, что поверхностные сточные воды, загрязненные азотом аммонийным, азотом нитратным, фосфатами, нефтепродуктами, поверхностно-активными веществами (ПАВ), взвешенными веществами после механической очистки и аккумулирующего резервуара, оборудованного механическими мешалками, с помощью насоса подают на установку напорной реагентной флотации, перед которой вводят растворы коагулянта, щелочи и флокулянта с целью снижения концентрации взвешенных веществ, фосфора, фосфатов, нефтепродуктов, ПАВ, далее поверхностные сточные воды направляют в промежуточный резервуар, оборудованный пневматической системой взмучивания, выполненной из перфорированных труб, и далее с помощью насоса поверхностные сточные воды направляют на биологическую очистку, которую осуществляют в аэротенке, разделенном на зоны, с дозой ила по беззольному веществу не менее 2 г/л, при этом разделение производят последовательно на зону нитрификации №1, зону деаэрации, зону денитрификации, зону нитрификации №2, вначале поверхностные сточные воды направляют в зону нитрификации №1, оборудованную аэраторами, размещенными по дну зоны, воздух в аэраторы подают от воздуходувки, концентрацию растворенного кислорода поддерживают на уровне 2,0-4,0 мг/л, нагрузку по БПК_полн в зоне нитрификации поддерживают менее 0,1 г_{БПКполн}/г_ила в сутки по беззольному веществу, рН - от 7,7 до 8,2, окислительно-восстановительный показатель rH₂ поддерживают не менее 21, скорость процесса нитрификации устанавливают 5,2-2,9 мг_N-NH4/г_ила в час по беззольной части, продолжительность процесса нитрификации устанавливают не менее 6 часов, остаточную концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 10,0 мг/л, затем поверхностные сточные воды направляют в зону деаэрации, оборудованную механической мешалкой с частотным преобразователем с целью снижения концентрации растворенного кислорода в последующей зоне денитрификации и создании в ней оптимального значения окислительно-восстановительного показателя rH₂, соответствующего значению не более 14, в зону деаэрации по трубопроводу подают раствор органического легкоокисляемого субстрата, не содержащего азот и фосфор из расчета 3,5-4 мг_{БПКполн} на 1 мг_N-NO3, из зоны деаэрации поверхностные сточные воды направляют в зону денитрификации, оборудованную механической мешалкой с частотным преобразователем для реализации процесса восстановления азота нитратов до азота газообразного, при установленной концентрации растворенного кислорода 0,5-0,7 мг/л, скорость денитрификации поддерживают от 3,0 до 8,4 мг_N-NO3/г ила в час по беззольному веществу, остаточную концентрацию азота нитратов устанавливают не выше 15,0 мг/л, продолжительность в зоне денитрификации устанавливают не менее 1,5 часов, из зоны денитрификации поверхностные сточные воды направляют зону нитрификации №2, оборудованную аэраторами, размещенными по дну зоны, концентрацию растворенного кислорода поддерживают от 2,0 до 4,0 мг/л, нагрузку по БПК_полн поддерживают не более 0,07 г_{БПКполн}/г_ила в сутки по беззольному веществу, рН - от 7,7 до 8,2, окислительно-восстановительный показатель rH₂ поддерживают не менее 21, скорость процесса нитрификации устанавливают от 1,2 до 5,2 мг_N-NH4/г_ила в час по беззольной части, продолжительность процесса нитрификации устанавливают не менее 4 часов, остаточную концентрацию азота аммонийного поддерживают в этой зоне не более 2,5 мг/л, из зоны нитрификации №2 с помощью насоса по трубопроводу предусмотрена 100% рециркуляция иловой смеси в зону деаэрации с последующим поступлением иловой смеси в зону денитрификации, из зоны денитрификации для разделения иловой смеси, ее направляют во вторичный отстойник, который может быть оборудован тонкослойными модулями и системой для их регенерации, рециркуляционный активный ил с помощью насоса по трубопроводу возвращают в аэротенк в зону нитрификации №1, при наличии тонкослойных модулей промывную воду после их регенерации направляют в аккумулирующий резервуар, а биологически очищенные поверхностные сточные воды направляют из вторичного отстойника в биореактор, заполненный синтетической загрузкой «ЕРШ» и с установленной в нем системой аэрации, в котором выделяют три зоны, зона нирификации биореактора №1, зона денитрификации биореактора и зона нитрификации биореактора №2, зона нитрификации биореактора №1 предназначена для нитрификации и доокисления органических веществ, поступающих из зоны денитрификации аэротенка, в зоне нитрификации биореактора №1 устанавливают концентрацию растворенного кислорода более 2,5 мг/л, интенсивность аэрации не менее 4,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади биореактора с синтетической загрузкой «ЕРШ», количество погонных метров загрузки «ЕРШ» определяют из условия окислительной мощности биоценоза на загрузке 70-80 мг_N-NH4 на 1 п.м в час, концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 0,8 мг/л, далее для достижения значения азота нитратов не выше 9,0 мг/л из зоны нитрификации биореактора №1 поверхностные сточные воды подают в зону денитрификации биореактора, в которую может быть предусмотрен дополнительный ввод легкоокисляемой органики в соотношении 2,5-3,0 мг_{БПКполн} на 1 мг N-NO₃, концентрацию растворенного кислорода поддерживают не выше 0,7 мг/л, количество погонных метров загрузки «ЕРШ» в зоне денитрификации биореактора определяют из условия восстановительной мощности биоценоза на загрузке 54 мг_n-nO3 на 1 п.м в час, из зоны денитрификации биореактора поверхностные сточные воды направляют в зону нитрификации биореактора №2, в которой устанавливают концентрацию растворенного кислорода более 2,5 мг/л, интенсивность аэрации не менее 4,0 м³/ч воздуха на 1,0 м² площади биореактора с синтетической загрузкой «ЕРШ», количество погонных метров загрузки «ЕРШ» определяют из условия окислительной мощности биоценоза на загрузке 50-60 мг_N-NH4 на один п.м в час, концентрацию азота аммонийного поддерживают не более 0,3 мг/л, далее из зоны нитрификации биореактора №2 биологически доочищенные поверхностные сточные воды направляют в аэрационный смеситель, оборудованный пневматической системой взмучивания, выполненной из перфорированных труб, в который по трубопроводу дозируют раствор коагулянта и далее направляют на доочистку в фильтр с загрузкой «ЕРШ», скорость фильтрования поддерживают до 8 м/ч, регенерацию фильтра с загрузкой «ЕРШ» осуществляют путем интенсивной аэрации загрузки через систему перфорированных труб, уложенных по дну фильтра с загрузкой «ЕРШ», при этом промывные воды по трубопроводу направляют в аккумулирующий резервуар, далее поверхностные сточные воды подают в резервуар очищенной воды, оборудованный пневматической системой взмучивания, выполненной из перфорированных труб, откуда с помощью насоса направляют на дисковый фильтр доочистки для снижения концентрации взвешенных веществ не выше 5 мг/л, промывные воды с которого по трубопроводу направляют в аккумулирующий резервуар, далее очищенные поверхностные сточные воды после дискового фильтра подают на установку УФ-обеззараживания и далее в резервуар очищенной воды, в отсутствие притока поверхностных сточных вод, принимая во внимание, что для процесса биологической очистки необходимо постоянное поддержание режима работы и поступления загрязняющих веществ, с помощью насоса предусмотрена возможность рециркуляции очищенных сточных вод по трубопроводу из резервуара очищенной воды в начало аэротенка - в зону нитрификации №1, в которую по трубопроводам вводят подпитку по биогенным веществам: азот аммонийный и фосфор, подпитку по легкоразлагаемым органическим веществам по трубопроводу вводят в аэротенк в зону деаэрации, производительность станции в режиме рецикла поддерживается 25%, флотошлам по трубопроводу и избыточный активный ил по трубопроводу направляют в накопитель осадка, оборудованный пневматической системой перемешивания и далее с помощью шнекового насоса направляют на обезвоживание в дегидратор, для увеличения влагоотдачи в трубопровод перед дегидратором дозируют раствор флокулянта по трубопроводу, из дегидратора фугат по трубопроводу направляют в аккумулирующий резервуар, а кек влажностью не более 82% направляют в контейнеры и, далее, на утилизацию.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в холодное время года после механической очистки и аккумулирующего резервуара поверхностные сточные воды подают в теплообменник для обеспечения температуры обрабатываемых поверхностных сточных вод не ниже 15°С.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в холодное время года в отсутствие притока поверхностных сточных вод, для поддержания режима работы очистных сооружений, рециркуляционный поток воды внутри станции из резервуара очищенной воды перед поступлением в начало аэротенка, в зону нитрификации №1, подают в теплообменник для обеспечения температуры обрабатываемых вод не ниже 15°С.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что при наличии на промплощадке хозяйственно-бытовых сточных вод или производственных сточных вод, близких по составу к хозяйственно-бытовым, их используют в качестве органической подпитки, предварительно очищая на сооружениях механической очистки, аккумулируя и дозируя в аэротенк в зону деаэрации, расположенную перед денитрификатором, что позволит использовать одни очистные сооружения для очистки нескольких видов сточных вод.