СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД АКТИВНЫМ ИЛОМ, ВКЛЮЧАЯ СТАДИИ ОБРАБОТКИ В АНОКСИДНЫХ, АНАЭРОБНЫХ И АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2025 года по МПК C02F3/30 

Заявляемое изобретение относится к области технологий биологической очистки производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод, в частности к очистке сточных вод активным илом аэробными способами в сочетании с анаэробными.

В настоящее время одним из самых распространенных и экономичных способов очистки сточных вод является биологическая очистка с применением активного ила. Основными загрязняющими веществами биогенного происхождения в сточных водах являются взвешенные вещества, аммонийный или общий азот, фосфаты и органические вещества, концентрация которых принимается путем определения биологического потребления кислорода (далее - БПК) или химического потребления кислорода (далее - ХПК) в пробе сточных вод.

Взвешенные вещества из исходных сточных вод удаляются, как правило, методом осаждения в первичных отстойниках, также могут применяться методы фильтрации или флотации.

Для удаления аммонийных соединений из сточных вод используется технология нитрификации. Нитрификация сточных вод заключается в биохимическом окислении аммонийного азота активным илом в присутствии кислорода воздуха до нитритов и нитратов. Условия протекания процесса являются оксидными, а резервуар, в котором он протекает, носит название резервуаранитрификатора. Протекание этого процесса при концентрации аммонийного азота в исходных сточных водах свыше 12 мг/дм³ вызывает повышение концентрации нитратного азота в очищенных сточных водах сверх нормативного значения, которое составляет около 9 мг/дм³ при отведении очищенных сточных вод в водоем. В случае превышения концентрации нитратного азота в очищенных сточных водах сверх норматива, необходимо выполнить обработку сточных вод с целью снижения концентрации нитратного азота до нормируемых значений. Это достигается методом денитрификации сточных вод активным илом при аноксидных условиях в присутствии нитратного азота и органических веществ. Процесс протекает в резервуаре-денитрификаторе, или при создании зоны с аноксидными условиями (условия, при которых концентрации растворенного кислорода, как правило, менее 0,8 мг/дм³, а концентрации нитратного азота превышает 12 мг/дм³).

Для удаления фосфора используется биологическая дефосфотация, основанная на деятельности фосфат-аккумулирующих бактерий.

Органическое вещество, присутствующее в сточных водах, окисляется бактериями в процессе биохимических реакций в присутствии либо растворенного кислорода воздуха, либо связанного кислорода нитритов и нитратов. Процесс удаления органического вещества в присутствии растворенного кислорода воздуха происходит в резервуарах, называемых аэробными резервуарами или аэротенками, а процесс окисления органического вещества называется аэробным. Этот процесс связан с образованием диоксида углерода.

Процесс удаления органического вещества также происходит в присутствии связанного кислорода нитритов и нитратов в резервуарах, называемых резервуарами-денитрификаторами, а процесс удаления органического вещества называется аноксидным. При этом происходит снижение концентраций органического вещества и нитритного и нитратного азота, образуется молекулярный азот, который диффундирует из объема резервуара в атмосферу.

Из уровня техники известен «Анаэробно-аноксидно-оксидный процесс» (или «А2/О процесс») [1], заключающийся в более глубоком удалении фосфора за счет создания попеременных анаэробно-аэробных условий в ходе биологической очистки. Сточная вода поступает в зону с анаэробными условиями, где происходит вытеснение фосфора из клеток ила. Затем иловая смесь последовательно поступает в зону аноксидных, а затем аэробных, или оксидных, условий, где наблюдается интенсивное накопление фосфора в теле клеток, причем содержание фосфора в иле возрастает. Аноксидные условия формируются за счет поступления нитратов и нитритов из аэробной зоны, в которой они образуются из аммонийного азота в присутствии кислорода воздуха под действием активного ила. Поступление нитратов и нитритов из аэробной (оксидной) зоны в аноксидную осуществляется за счет организации цикла рециркуляции.

Недостатком указанной технологии является невысокая величина разбавления исходных сточных вод возвратным рециркуляционным расходом, что приводит к высокой нагрузке на ил при концентрированных сточных водах, направляемых на очистку. Высокая нагрузка на активный ил по БПК_полн составляет более 400 мг ВПК на 1 г сухого вещества активного ила в сутки, что снижает эффективность биологической очистки.

Известен пятисекционный процесс биологической очистки Барденфо [2], включающий анаэробную, первые - аноксидную и аэробную зоны, вторые - аноксидную и аэробные зоны, также разделитель фаз в виде вторичного отстойника. Исходные сточные воды последовательно поступают в анаэробную, первые - аноксидную и аэробную зоны, вторые - аноксидную и аэробную зоны, также в разделитель фаз в виде вторичного отстойника. Для обеспечения условия протекания процесса дефосфотации в анаэробную зону из разделителя фаз обеспечивается возврат активного ила. Для условия протекания процесса денитрификации в первой аноксидной зоне обеспечивается возврат иловой смеси с нитратами и нитритами после первой аэробной зоны. Иловая смесь с нитратами и нитритами после первой аэробной зоны является продуктом биохимической трансформации аммонийных соединений в первой аэробной зоне. Оксидные условия в аэробной (оксидной) зоне обеспечиваются путем подачи в эту зону кислорода воздуха.

Из первой оксидной зоны, помимо возврата иловой смеси в первую аноксидную зону, часть обрабатываемых сточных вод с исходным расходом поступает последовательно на обработку активным илов во вторую аноксидную зону, во вторую аэробную зону и на разделитель фаз, в котором происходит разделение иловой смеси на очищенную сточную воду и осажденный ил. Очищенная сточная вода направляется на выпуск, а осажденный ил направляется на рециркуляцию в начало анаэробной зоны.

Вторая аноксидная зона обеспечивает дополнительную денитрификацию с потреблением нитрата в качестве акцептора электронов, продуцированного в аэробной секции и органический углерод в качестве донора для электронов в ходе окислительно-восстановительной реакции. В конечной аэробной стадии газообразный азот уходит в атмосферу. При этой стадии обеспечивается минимальный выход фосфора во вторичный отстойник. К недостаткам указанного процесса очистки относится требование больших объемов сооружений, большие затраты электроэнергии при организации рециклов сточных вод, а также дополнительные затраты на реагенты, которые необходимо вводить в обрабатываемые сточные воды перед второй аноксидной зоной в качестве органического углерода.

Известна технология очистки Кейптаунского университета или процесс UCT (University of Cape Town), последовательность обработки сточных вод которой представлена на фиг. 1. При очистке сточных вод по этой технологии исходные сточные воды 1 с расходом Q последовательно поступают для очистки активным илом в зоны с анаэробными 3, аноксидными 2 и аэробными 4 условиями. После очистки иловая смесь поступает для разделения ила и очищенной сточной воды в разделитель фаз 5, в качестве которого используется, например, вторичный отстойник. Очищенная сточная вода 6 направляется на выпуск, а осевший в разделителе фаз 5 ил возвращается в аноксидную зону 2 с расходом рецикла 7 активного ила (0,5-1,0)*Q. Избыточная часть активного ила 8 выводится из системы и направляется на обезвоживание и утилизацию. Также после аэробной зоны часть сточных вод с нитратным рециклом 9 (1,0-2,0)*Q направляется в начало аноксидной зоны 2. После аноксидной зоны 2 часть иловой смеси, называемая аноксидным рециклом 10, с расходом (1,0-2,0)*Q направляется в начало анаэробной зоны 3.

Анаэробные условия в анаэробной зоне 3 обеспечиваются за счет отсутствия растворенного и связанного кислорода в исходных сточных водах 1, а также за счет возврата иловой смеси с денитрифицированной сточной водой после аноксидной зоны 2 с аноксидным рециклом 10. При этом в анаэробной зоне 3 происходит снижение концентраций органических веществ, высвобождение фосфора, концентрация аммонийного азота остается без изменений. После анаэробной зоны 3 иловая смесь поступает в аноксидную зону 2. В эту же зону подают нитратный рецикл 9, то есть часть сточных вод после аэробной зоны 4 с повышенной концентрацией нитритов и нитратов, образующихся в аэробной зоне 4 из аммонийных соединений под действием кислорода воздуха в присутствии активного ила. За счет создания аноксидных условий происходит снижение концентрации органических соединений и трансформации нитритов и нитратов в молекулярный азот. Концентрация аммонийных соединений практически не изменяется. Затем эта иловая смесь с пониженными концентрациями органических соединений, пониженными концентрациями нитратного и нитритного азота за счет денитрификации, пониженными концентрациями аммонийного азота за счет разбавления нитратным рециклом в 2-3 раза, поступает в аэробную зону (зону аэрации) 4. В этой зоне в присутствии кислорода воздуха происходит биохимическое окисление аммонийного азота до нитратов и нитритов. После аэробной зоны 4 часть иловой смеси, так называемый нитратный рецикл 9, вновь направляется в начало аноксидной зоны 2, а часть направляется на разделитель фаз 5, для разделения очищенной сточной воды 6 и активного ила.

Недостатком указанного способа является повышенный расход электроэнергии на обеспечение трех рециклов: аноксидного, нитратного и рецикла активного ила, а также отсутствие рекомендаций по очистке сточных вод с содержанием в исходной сточной воде общего или аммонийного азота свыше 3540 мг/дм³, при норме отведения в водоем на уровне 9-10 мг/дм³ по общему азоту.

Задача, на решение которой направлено указанное техническое решение, заключается в разработке многоступенчатого способа биологической очистки сточных вод с использование анаэробных, аноксидных и аэробных условий с минимальным количеством рециклов иловой смеси и обеспечением возможности очистки сточных вод с повышенными концентрациями аммонийных соединений в исходной сточной воде, в том числе до 50 мг/дм³ и выше.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении требуемой степени очистки концентрированных сточных вод с концентрацией аммонийных соединений в исходной сточной воде свыше 50 мг/дм³ при норме отведения в водоем сточных вод с концентрацией общего азота на уровне 9-10 мг/дм³, при сокращении количества рециклов иловой смеси.

Технический результат достигается первым вариантом способа биологической очистки концентрированных сточных вод активным илом, включая стадии обработки в аноксидных, анаэробных и аэробных условиях, включающим в себя этапы, на которых исходные сточные воды подают в резервуары с активным илом, в которых последовательно обеспечивают аноксидные, анаэробные и аэробные условия обработки. При этом в аноксидных условиях осуществляют денитрификацию сточных вод, в анаэробных условиях осуществляют дефосфотацию и в аэробных условиях осуществляют нитрификацию, после чего часть иловой смеси направляют в составе нитратного рецикла в резервуар с аноксидными условиями, обеспечивая тем самым в нем денитрификацию, а другую часть иловой смеси разделяют на очищенную сточную воду и активный ил на разделителе фаз, после чего очищенную сточную воду отводят, а активный ил направляют в составе рецикла активного ила в резервуар с аноксидными условиями, при этом расход нитратного рецикла необходимо осуществлять с учетом требуемого коэффициента рецикла R по отношению к исходному расходу, который определяется по формуле где R - коэффициент рецикла, - концентрация общего азота в исходных сточных водах, - допустимая концентрация общего азота в очищенных сточных водах, - допустимая концентрация аммонийного азота в очищенных сточных водах, при этом концентрации представленных в формуле веществ измеряются в «мг/дм³».

После разделения иловой смеси на разделителе фаз избыточный активный ил могут отводить на утилизацию.

В качестве разделителя фаз могут использовать вторичный отстойник гравитационного типа или сепаратор, или аэросепаратор, или флотатор.

Технический результат достигается вторым вариантом способа биологической очистки концентрированных сточных вод активным илом, включая стадии обработки в аноксидных, анаэробных и аэробных условиях, включающим в себя этапы, на которых исходные сточные воды подают в резервуары с активным илом, в которых последовательно обеспечивают аноксидные, анаэробные и аэробные условия обработки. При этом в аноксидных условиях осуществляют денитрификацию сточных вод, в анаэробных условиях осуществляют дефосфотацию и в аэробных условиях осуществляют нитрификацию. Затем иловую смесь разделяют на очищенную сточную воду и оставшуюся иловую смесь в аппарате с напорными половолоконными ультрафильтрационными мембранами, после чего очищенную сточную воду отводят, а оставшуюся иловую смесь направляют в составе нитратного рецикла в резервуар с аноксидными условиями, обеспечивая тем самым в нем денитрификацию, при этом расход нитратного рецикла нитратного рецикла необходимо осуществлять с учетом требуемого коэффициента рецикла R по отношению к исходному расходу, который определяется по формуле где R - коэффициент рецикла, - концентрация общего азота в исходных сточных водах, - допустимая концентрация общего азота в очищенных сточных водах, - допустимая концентрация аммонийного азота в очищенных сточных водах, при этом концентрации представленных в формуле веществ измеряются в «мг/дм³».

После разделения иловой смеси в аппарате с напорными половолоконными ультрафильтрационными мембранами избыточную оставшуюся иловую смесь могут отводить на утилизацию.

Сущность заявляемого способа поясняется фигурами, на которых изображено следующее: на Фиг. 1 - схема процесса UCT, на Фиг. 2 - иллюстрация примера реализации первого варианта заявляемого способа, на Фиг. 3 - иллюстрация примера реализации второго варианта заявляемого способа.

Цифрами обозначено следующее:

1 - исходные сточные воды,

2 - аноксидная зона,

3 - анаэробная зона,

4 - аэробная зона,

5 - разделитель фаз,

6 - очищенная вода,

7 - рецикл активного ила,

8 - избыток ила,

9 - нитратный рецикл,

10 - аноксидный рецикл,

11 - подающий насос,

12 - напорный половолоконный мембранный модуль.

Оба варианта способа биологической очистки концентрированных сточных вод активным илом, включая стадии обработки в анаэробных, аноксидных и аэробных условиях состоят из этапов, на которых исходные сточные воды подают в резервуары с иловой смесью, в которых последовательно обеспечиваются аноксидные, анаэробные и аэробные условия обработки.

Реализация первого варианта способа осуществляется с помощью установки по очистке воды, которая содержит гидравлически соединенные между собой резервуары с иловой смесью (резервуар с аноксидной зоной (первый), резервуар с анаэробной зоной (второй), резервуар с аэробной зоной (третий)), разделитель фаз, систему аэрации, а также насосное оборудование для перемещения иловой смеси с целью создания рециркуляционных расходов.

В качестве разделителя фаз может быть использован, например, вторичный отстойник гравитационного типа, сепаратор, аэросепаратор или флотатор. Система аэрации обязательно включает в себя воздуходувки или компрессоры, подключенные к размещенным на дне аэробного резервуара распределительным воздуховодам и аэраторам.

В первом резервуаре проводят денитрификацию поступивших сточных вод в аноксидных условия, обеспечиваемых за счет возврата иловой смеси после обработки в аэробном (третьем) резервуаре. После завершения денитрификации сточные воды подают в анаэробный (второй) резервуар.

Во втором резервуаре проводят дефосфотацию (высвобождение связанного фосфора фосфатов) поступивших сточных вод в анаэробных условиях, создаваемых путем полного удаления нитратов и нитритов (в первом резервуаре) за счет их восстановления до молекулярного азота в аноксидном резервуаре. В указанном резервуаре отсутствует растворенный кислород воздуха и связанный кислород нитратов и нитритов, и происходит высвобождение фосфора фосфатов. После завершения процесса дефосфотации сточные воды подают в аэробный (третий) резервуар.

В третьем резервуаре проводят нитрификацию сточных вод в аэробных условиях. Здесь же происходит рост фосфор аккумулирующих организмов, высвободившихся в резервуаре с анаэробной зоной (втором), за счет поглощения фосфора. Аэробные условия обеспечивают за счет подачи в резервуар с аэробной зоной кислорода воздуха посредством компрессоров или воздуходувок через воздуховоды и аэраторы. Концентрации органических веществ снижаются, а аммонийный азот трансформируется в нитратный и нитритный азот до величины заданных значений предельно-допустимых концентраций общего азота и аммонийного азота в очищенных сточных водах.

После завершения процесса нитрификации в третьем резервуаре с аэробными условиями часть иловой смеси направляют на разделитель фаз, где разделяют очищенную сточную воду и активный ил. Из разделителя фаз очищенная сточная вода направляется на выпуск, например, в водоем, а активный ил (рецикл активного ила) направляют в первый резервуар, другую часть иловой смеси (нитратный рецикл) из третьего резервуара также направляют в первый резервуар, в котором создаются аноксидные условия. Из нитратного рецикла иловой смеси производят отбор избыточного ила, в случае его образования, так как он содержит максимальное количество фосфор-аккумулирующих организмов. Возврат активного ила (рецикл активного ила) осуществляется в резервуар с аноксидной зоной после прохождения иловой смеси через разделитель фаз.

Обеспечение аноксидных условий при первом цикле реализации первого варианта способа очистки осуществляется заранее, на этапе пусконаладочных работ.

Время нахождения иловой смеси в аноксидной зоне первого и аэробной зоне третьего резервуаров могут принимать исходя из заданной степени протекания процессов нитрификации в аэробной зоне и полного протекания процесса денитрификации в аноксидной зоне, а время нахождения иловой смеси в анаэробной зоне второго резервуара составляет не менее 30 минут.

Реализация второго варианта способа осуществляется с помощью установки по очистке воды, которая содержит гидравлически соединенные между собой резервуары с иловой смесью (резервуар с аноксидной зоной (первый), резервуар с анаэробной зоной (второй), резервуар с аэробной зоной (третий)), разделитель фаз, в качестве которого используют напорный ультрафильтрационный мембранный аппарат, состоящий из подающего насоса и напорного половолоконного мембранного модуля, систему аэрации, а также насосное оборудование для перемещения иловой смеси с целью создания рециркуляционного расхода.

Система аэрации обязательно включает в себя воздуходувки или компрессоры, подключенные к размещенным на дне аэробного резервуара распределительным воздуховодам и аэраторам.

Процессы, проходящие в первом, втором и третьем резервуаре аналогичны тем, что проводятся в первом варианте заявляемого способа.

Второй вариант заявляемого способа отличается от первого тем, что после завершения процесса нитрификации в третьем резервуаре с аэробными условиями всю иловую смесь направляют в напорный ультрафильтрационный мембранный аппарат, где происходит ее разделение на очищенные сточные воды и оставшуюся иловую смесь, после чего очищенная сточная вода направляется на выпуск, например, в водоем, а оставшуюся иловую смесь (нитратный рецикл) направляют в первый резервуар для создания аноксидных условий с расходом нитратного рецикла. По данной схеме очистки не требуется обеспечивать аноксидный рецикл и рецикл активного ила, что обусловлено использованием разделителя фаз в виде напорного ультрафильтрационного мембранного аппарата. Из нитратного рецикла производят отбор избыточной оставшейся иловой смеси, в случае ее образования, так как она содержит максимальное количество фосфор-аккумулирующих организмов.

Обеспечение аноксидных условий при первом цикле реализации второго варианта способа очистки осуществляется заранее, на этапе пусконаладочных работ.

Время нахождения иловой смеси в аноксидной зоне (первого) и аэробной зоне (третьего) резервуаров могут принимать исходя из заданной степени протекания процессов нитрификации в аэробной зоне и полного протекания процесса денитрификации в аноксидной зоне, а время нахождения иловой смеси в анаэробнойм зоне (второгом) резервуарае составляет не менее 30 минут.

Для первого и второго варианта заявляемого способа объемный расход нитратного рецикла Q_в при возврате иловой смеси после аэробной в аноксидную зону необходимо осуществлять с учетом требуемого коэффициентом рецикла R, по отношению к исходному расходу Q_исх, и можно определять по формуле:

при этом значение коэффициента рецикла R принимать равным, не менее отношения разницы концентраций общего азота в исходных водах и допустимой концентрации аммонийного азота в очищенных водах к допустимой концентрации общего азота в очищенных сточных водах , что может быть определено по формуле (1), при этом концентрации представленных в формуле веществ измеряются в «мг/дм³»:

Расчет расхода рецикла активного ила для первого варианта способа осуществляют известным способом, например, как в приведенных аналогах заявляемого способа.

В качестве примеров реализации вариантов заявляемого способа приведена технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с показателями, приведенными в таблице 1. Показатели качества исходных сточных вод, представленные в таблице 1, являются типичными для сточных вод небольших поселков, в том числе вахтовых, отдельных предприятий, для систем водоснабжения которых характерно небольшое водопотребление, на уровне 100-120 литров в сутки на одного жителя.

В первом случае при реализации первого варианта заявляемого способа (фиг. 2), при использовании, например, гравитационного вторичного отстойника в качестве разделителя фаз 5, исходные сточные воды 1 с расходом Q с показателями качества, представленными в таблице 1, последовательно поступают для очистки активным илом в зону 2 с аноксидными, зону 3 анаэробными, и зону 4 с аэробными условиями. После очистки иловая смесь поступает для разделения ила и очищенной сточной воды в разделитель фаз 5, в качестве которого используется вторичный отстойник. Очищенная сточная вода 6 направляется на выпуск, а осевший ил возвращается в аноксидную зону 2 с расходом рецикла активного ила 7. Избыточная часть активного ила 8 выводится из аэробной зоны 4 и направляется на обезвоживание и утилизацию. Также после аэробной зоны 4 часть сточных вод с нитратным рециклом 9 направляется в начало аноксидной зоны 2.

Обработка исходных сточных вод осуществляется в установившемся режиме при концентрации активного ила 3-5 г/дм³ и сформировавшихся биоценозах нитрифицирующих, денитрифицирующих и фосфор аккумулирующих микроорганизмов.

Очистка сточных вод осуществляется следующим образом. Исходные сточные воды 1 с показателями, представленными в таблице 1, с расходом Q поступают в резервуар, в котором сформирована аноксидная зона 2. В этот же резервуар поступает нитратный рецикл 9 после резервуара с аэробной зоной 4. Расход нитратного рецикла 9 зависит от концентрации общего азота в исходных сточных водах, допустимой концентрации общего азота и аммонийного азота в очищенных сточных водах, определяется по формуле (1) и составляет 13 исходных расходов Q. Также в этот резервуар от разделителя фаз 5 поступает рецикл активного ила 7 с расходом, равным 0,5…1,0 значения исходного расхода. В результате создания аноксидных условий в первом резервуаре под действием активного ила происходит снижение концентрации органических соединений за счет роста микроорганизмов и полная трансформация нитратного и нитритного азота в молекулярный азот.Аммонийный азот, присутствующий в исходных сточных водах, не претерпевает изменений, при этом его концентрация снижается в 14 раз и составляет около 10 мг/дм³. После аноксидной зоны 2 иловая смесь поступает в резервуар, где сформирована анаэробная зона 3. В этой зоне отсутствует растворенный кислород воздуха и связанный кислород нитратов и нитритов. Происходит высвобождение фосфора фосфатов, и иловая смесь направляется в резервуар, где сформирована аэробная зона 4.

Аэробная зона 4 сформирована посредством подачи в резервуар с иловой смесью кислорода воздуха от источника воздуха, например, от компрессоров или воздуходувок, через распределительную систему, подключенную к аэраторам, размещаемым на дне резервуара. Система аэрации обеспечивает концентрацию кислорода в начальной части зоны 4 на уровне поверхности иловой смеси не менее 4-6 мг/дм³, а в конце зоны 4 - обеспечивается концентрация кислорода около 0,8-1,0 мг/дм³.

В аэробной зоне происходит отдувка молекулярного азота, образованного в аноксидной зоне 2, поглощение фосфора фосфор-аккумулирующими бактериями, высвободившегося в анаэробной зоне 3, окончательное снижение концентраций органических веществ и трансформация аммонийного азота в нитратный и нитритный азот до величины заданных значений предельно-допустимых концентраций общего азота и аммонийного азота в очищенных сточных водах. Избыточный активный ил 8 с повышенным содержанием фосфатов из аэробной зоны 4 отводится на обезвоживание и утилизацию.

После аэробной зоны 4 иловая смесь с расходом (1,5-2,0)*Q также направляется на разделитель фаз 5 гравитационного типа, откуда очищенная сточная вода 6 с расходом Q направляется на выпуск, и активный ил по рециклу активного ила 7 с расходом (0,5-1,0)*Q направляется на вход аноксидной зоны 2.

Очищенную сточную воду 6 из разделителя фаз 5 гравитационного типа направляют на выпуск самотеком, а рецикл активного ила 7 и нитратный рецикл 9 обеспечивается работой насосного оборудования.

При реализации второго варианта заявляемого способа в случае использования (фиг. 3) в качестве разделителя фаз очищенной сточной воды и иловой смеси напорного ультрафильтрационного аппарата с половолоконными мембранами очистка сточных вод происходит следующим образом.

Исходные сточные воды 1 с расходом Q с показателями качества, представленными в таблице 1, последовательно поступают для очистки активным илом в зону 2 с аноксидными, зону 3 анаэробными, и зону 4 с аэробными условиями. После очистки в указанных зонах иловая смесь поступает для отделения очищенной сточной воды на разделитель фаз 5, в качестве которого используется аппарат с напорными половолоконными ультрафильтрационными мембранами, состоящий из подающего насоса 11 и напорного половолоконного мембранного модуля 12. Очищенную сточную воду 6 направляют на выпуск, а оставщуюся иловую смесь (очищенная вода и активный ил) возвращают в аноксидную зону 2 с расходом нитратного рецикла 9. По данной схеме очистки не требуется обеспечивать аноксидный и иловый рециклы. Периодически избыточную часть оставшейся иловой смеси выводят из разделителя фаз 5 и направляют на обезвоживание и утилизацию.

Обработка исходных сточных вод осуществляется в установившемся режиме при концентрации активного ила 8-10 г/дм³ и сформировавшихся биоценозах нитрифицирующих, денитрифицирующих и фосфор аккумулирующих микроорганизмов.

Очистка сточных вод осуществляется следующим образом. Исходные сточные воды 1 с показателями, представленными в таблице 1, с расходом Q поступают в резервуар, в котором сформирована аноксидная зона 2. В этот же резервуар поступает нитратный рецикл 9 после разделителя фаз 5. Расход нитратного рецикла зависит от концентрации общего азота в исходных сточных водах, допустимой концентрации общего азота и аммонийного азота в очищенных сточных водах, определяется по формуле (1) и составляет 13 исходных расходов Q. В результате создания аноксидных условий в первом резервуаре под действием активного ила происходит снижение концентрации органических соединений за счет роста микроорганизмов и полная трансформация нитратного и нитритного азота в молекулярный азот. Аммонийный азот, присутствующий в исходных сточных водах, не претерпевает изменений, при этом его концентрация снижается в 14 раз и составляет около 10 мг/дм³. После аноксидной зоны 2 иловая смесь поступает в резервуар, где сформирована анаэробная зона 3. В этой зоне отсутствует растворенный кислород воздуха и связанный кислород нитратов и нитритов. Происходит высвобождение фосфора фосфатов, и иловая смесь направляется в резервуар, где сформирована аэробная зона 4.

Аэробная зона 4 сформирована посредством подачи в резервуар с иловой смесью кислорода воздуха от источника воздуха, например, от компрессоров или воздуходувок, через распределительную систему, подключенную к аэраторам, размещаемым на дне резервуара. Система аэрации обеспечивает концентрацию кислорода в начальной части зоны 4 на уровне поверхности иловой смеси не менее 4-6 мг/дм³, а в конце зоны 4 - обеспечивается концентрация кислорода около 0,8-1,0 мг/дм³.

В аэробной зоне 4 происходит отдувка молекулярного азота, образованного в аноксидной зоне 2, поглощение фосфора фосфор-аккумулирующими бактериями, высвободившегося в анаэробной зоне 3, окончательное снижение концентраций органических веществ и трансформация аммонийного азота в нитратный и нитритный азот до величины заданных значений предельно-допустимых концентраций общего азота и аммонийного азота в очищенных сточных водах.

После аэробной зоны 4 иловая смесь с расходом, равным 14 исходным расходам, направляется на разделитель фаз 5, в качестве которого используется напорный ультрафильтрационный аппарат, состоящий из подающего насоса 11 и напорного половолоконного мембранного модуля 12. После разделителя фаз 5 очищенная сточная вода 6 с исходным расходом направляется на выпуск, а оставшаяся иловая смесь возвращается в аноксидную зону 2 с расходом нитратного рецикла 9, равным 13 исходных расходов. Периодически избыточная часть оставшейся иловой смеси выводится из разделителя фаз 5 и направляется на обезвоживание и утилизацию.

Очищенная сточная вода 6 и нитратный рецикл 9 обеспечен работой подающего насоса 11 распределителя фаз 5, в качестве которого использован напорный ультрафильтрационный аппарат.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет достичь технический результат, заключающийся в обеспечении требуемой степени очистки концентрированных сточных вод с концентрацией аммонийных соединений в исходной сточной воде до 50 мг/дм³ и выше при норме отведения в водоем сточных вод с концентрацией общего азота на уровне 9-10 мг/дм³, при сокращении количества рециклов иловой смеси.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Volume 9: Advanced Biological Treatment Processes. L.K. Wang, N.K. Shammas, and Y.T. Hung (eds.) 738 pp. (2009). P. 224, fig. 7.5.

2. Pat. US 3964998 B2.

3. Volume 9: Advanced Biological Treatment Processes. L.K. Wang, N.K. Shammas, and Y.T. Hung (eds.) 738 pp. (2009). P. 225, fig. 7.7.

Изобретение относится к области технологий биологической очистки сточных вод. Исходные сточные воды подают в резервуары с активным илом, в которых последовательно обеспечивают аноксидные, анаэробные и аэробные условия обработки. В аноксидных условиях осуществляют денитрификацию сточных вод. В анаэробных условиях осуществляют дефосфотацию и в аэробных условиях осуществляют нитрификацию. Затем часть иловой смеси направляют в составе нитратного рецикла в резервуар с аноксидными условиями, обеспечивая тем самым в нем денитрификацию. Другую часть иловой смеси разделяют на очищенную сточную воду и активный ил на разделителе фаз. Очищенную сточную воду отводят. Активный ил направляют в составе рецикла активного ила в резервуар с аноксидными условиями. Расход нитратного рецикла необходимо осуществлять с учетом требуемого коэффициента рецикла R по отношению к исходному расходу, который определяется по формуле R=(N_{общ.исх.}-N_NH4доп.)/N_{общ.доп.}, где R - коэффициент рецикла, N_{общ.исх.} - концентрация общего азота в исходных сточных водах, N_{общ.доп.} - допустимая концентрация общего азота в очищенных сточных водах, N_NH4доп. - допустимая концентрация аммонийного азота в очищенных сточных водах, при этом концентрации представленных в формуле веществ измеряются в «мг/дм³». Технический результат: обеспечение требуемой степени очистки концентрированных сточных вод с концентрацией аммонийных соединений в исходной воде свыше 50 мг/дм³ при норме отведения в водоем сточных вод с концентрацией общего азота на уровне 9-10 мг/дм³ при сокращении количества рециклов иловой смеси. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ биологической очистки концентрированных сточных вод активным илом, включая стадии обработки в аноксидных, анаэробных и аэробных условиях, включающий в себя этапы, на которых исходные сточные воды подают в резервуары с активным илом, в которых последовательно обеспечивают аноксидные, анаэробные и аэробные условия обработки, при этом в аноксидных условиях осуществляют денитрификацию сточных вод, в анаэробных условиях осуществляют дефосфотацию и в аэробных условиях осуществляют нитрификацию, после чего часть иловой смеси направляют в составе нитратного рецикла в резервуар с аноксидными условиями, обеспечивая тем самым в нем денитрификацию, а другую часть иловой смеси разделяют на очищенную сточную воду и активный ил на разделителе фаз, после чего очищенную сточную воду отводят, а активный ил направляют в составе рецикла активного ила в резервуар с аноксидными условиями, при этом расход нитратного рецикла необходимо осуществлять с учетом требуемого коэффициента рецикла R по отношению к исходному расходу, который определяется по формуле R=(N_{общ.исх.}-N_NH4доп.)/N_{общ.доп.}, где R - коэффициент рецикла, N_{общ.исх.} - концентрация общего азота в исходных сточных водах, N_{общ.доп.} - допустимая концентрация общего азота в очищенных сточных водах, N_NH4доп. - допустимая концентрация аммонийного азота в очищенных сточных водах, при этом концентрации представленных в формуле веществ измеряются в «мг/дм³».

2. Способ по п. 1, в котором после разделения иловой смеси на разделителе фаз избыточный активный ил отводят на утилизацию.

3. Способ по любому из пп. 1, 2, в котором в качестве разделителя фаз используют вторичный отстойник гравитационного типа, или сепаратор, или аэросепаратор, или флотатор.

4. Способ биологической очистки концентрированных сточных вод активным илом, включая стадии обработки в аноксидных, анаэробных и аэробных условиях, включающий в себя этапы, на которых исходные сточные воды подают в резервуары с активным илом, в которых обеспечивают последовательно аноксидные, анаэробные и аэробные условия обработки, при этом в аноксидных условиях осуществляют денитрификацию сточных вод, в анаэробных условиях осуществляют дефосфотацию и в аэробных условиях осуществляют нитрификацию, затем иловую смесь разделяют на очищенную сточную воду и оставшуюся иловую смесь в аппарате с напорными половолоконными ультрафильтрационными мембранами, после чего очищенную сточную воду отводят, а оставшуюся иловую смесь направляют в составе нитратного рецикла в резервуар с аноксидными условиями, обеспечивая тем самым в нем денитрификацию, при этом расход нитратного рецикла необходимо осуществлять с учетом требуемого коэффициента рецикла R по отношению к исходному расходу, который определяется по формуле R=(N_{общ.исх.}-N_NH4доп.)/N_{общ.доп.}, где R - коэффициент рецикла, N_{общ.исх.} - концентрация общего азота в исходных сточных водах, N_{общ.доп.} - допустимая концентрация общего азота в очищенных сточных водах, N_NH4доп. - допустимая концентрация аммонийного азота в очищенных сточных водах, при этом концентрации представленных в формуле веществ измеряются в «мг/дм³».

5. Способ по п. 4, в котором после разделения иловой смеси в аппарате с напорными половолоконными ультрафильтрационными мембранами избыточную оставшуюся иловую смесь отводят на утилизацию.