Способ биохимической очистки сточных вод Советский патент 1984 года по МПК C02F3/02 C02F3/02 C02F101/30 C02F103/36 

«sj ij

00

со

00 Изобретение относится ,к способам биохимической очистки сточных вод, которые характеризуются содержанием высокотоксичных концентраций органических веществ, преилшаквдих предельно допустимые концентрации для биохимической очистки, и может быть использовано для очистки сточных вод например, предприятий химической и фармацевтической отраслей промышлен ности. Известен способ очистки высококонцентрированных сточных вод,Согласно которому сточные воды перед подачей на биохцмическую очистку подвергают обработке солью двухвалентного железа в процессе аэрирования в течение 15-20 мин с расходом воздуха 2-4 вводят в нее активный ил для улучшения хлопьеобразования l . К недостаткам этого способа след ет отнести существенную зависимость эффективности процесса обработки от состава загрязняющих веществ в сточ . ных водах при низкой стабильности процесса очистки. Известен также способ непрерывной обработки сточных вод перед по ступлением в аэротенк с помощью per нерированной в анаэробных условиях золы теплоэлектростанций. Обработку указанным сорбентом ведут в течение 20-30 мин 2 . Основным недостатком этого спосо ба является необходимость больших количеств сорбента из-за одноразового использования и специальной его подготовки. Кроме того, реализация такого способа требует специального разделения очищаемой воды от сорбента. Приведенные факторы определяют высокую стоимость данного способа очистки. Кроме того, возможные колебания концентраций веществ в сточной воде ведут к нестабильному режиму очистки в аэротенках, так как в процессе сорбции на угле може значительно уменьшиться концентраци веществ, а это ведет к низкой эффек тивности работы аэротенка. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки высококонцентрированных сто ных вод, содержащих токсичные вещества, согласно которому неочищенные сточные воды после механической очистки nocTyneiKiT в преаэратор, куд подают избыточный активный ил и воз дух. В преаэраторе осуществляют сни жение концентрации загрязняющих веществ за счет сорбции их активным илом. Затем смесь воды с активным . илом направляют во флотатор. После осветления во флотаторе в присутствии осадка из третичнох о отстойника воду направляют в аэротенк. После отделения активного ила от воды во вторичном отстойнике избыточный активный ил подают в преаэратор а циркулируюш.ий активный ил после регенерации возвращают в аэротенк. Сточную воду после вторичного отстойника направляют на биофильтр, где происходит полная биохимическая очистка. Перед подачей в третичный отстойник сточную во.цу смешивают с peareHToiv; (сернокислым алюминием), Осадок, образовавшийся в третичном отстойнике, состоящий из биопленки и реагента, направляют во флотатор з. К недостаткам известного способа очистки следует отнести су|дественную зависимость степени очист сй „ а следовательно, стабильности и надежности работы очистных сооружений от компонентного соотава сточных вод, так как очистка в преаэраторе обусловлена, в основном, процессаг-ш реагентной очистки, для которых существенно текущее значение рН, концентрация и характер примесей в сточных водах, а также низкую адсорбционную способносгь эозвргтного активного ила, используемого s npeiаэраторе ;аля процесса сорбции что определяет слабую эффективр ость и стабильность очистки за счет сорбционных процессов, К недостаткам известного способа относится, зависимость интенсивности сорбционнах процессов протекающих в аэробной среде, от времени: фаза сорбции загрязняющих веществ поверхностью ,кле ток зависит как от степени токсичности сточной воды, так и от уровня окислительно восстанозительных процессов в клетках микроорганизмов. В этом случае необходим : контроль процессов очистки в преаьраторе во времени. Организация такого контроля экономически невыгодна, так как привела бы к существенному усложнению и удорожанию очистных сооружений, Недостатками извеотного способа являются также низкая эффективность и стабильность процесса, связанные с тем, что процесс очистки в преаэраторе происходит непрерывно, вне зави симосги от колебаний концентрации ИН гредиентов в сточной воде, что приводит в моменты поступдения низких концентраций ингредиентов в сточной воде к чрезмерному снижению их в преаэраторе. Подача такой сточной воды в азротенк приводит к снижению эффективности сорбции веществ активным илом, а следовательно, к снижению эффективности биохимической очистки. Целью изобретения является повышение эффективности очистки высокотоксичных сточных вод. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу биохимической очистки сточных вод, включаЮ1цеМу обработку активным илом, флотацию, обработку в аэротенке с последующим отстаиванием и возвратом регенерированного активного ила, сточные воды при значении токсичности к пределах от 3 10 до 1,О отн ед, подвергают обработке гомогенизи рованныг-/ активным илом в анаэробных условиях при барботировании азотом. Причем обработку гомогенизированным активным илом в анаэроб.ных условиях ведут 5-10 мин. При контроле качества воды, пода ваемой на очистку, предварительно о нивают относительную токсичность, ч обеспечивает стабильность работы очистных сооружений, так как в случае высокотоксичных сточных вод нарушается режим работы аэротенка изингибирования активного ила, а имен но физиологического состояния микроорганизмов, частичного перерожден специфичной микрофлоры, приведенные организмов в шоковое состояние вплоть до стадии анабиоза, После такого стрессового удара по активному илу .- главному объекту для осуществления биохимической очистки, необходимо значительное вре мя для приведения поврежденного ила в оптимальный режим его функционирования. При этом в течение времени выхода из шока активного ила аэротенк работает неэффективно, с плохими показателями степени очистки .Зная степень токсичности сточных вод и уровень то сичности, характерный для данного те нологического режима очистки, можно предотвратить попадание таких вод в аэротенке, что обеспечит стабильност работы очистных сооружений. Необходи мо отметить, что случаи подачи высокотоксичных сточных вод на очистные сооружения являются довольно редкими их возникновение обычно связано с нарушением технологического режима промышленных предприятий, залповыми смывами с поверхности территорий пре приятий, городов и другие. Предусмот реть такие ситуации затруднительно в силу их случайности, именно поэтому необходимо организовать контроль токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения. При относительной токсичности в пределах от 3. до 1,0 отв. ед, сточную воду направляют в емкость для частичной детоксикации, что обеспечивает защиту активного ила в аэротенке от пагубного действия высокотоксичнь-к сточных вод, повышает стабильность и надежность работы очистных сооружений,. Установленные пределы токсичности обоснованы 1ем, что согласно приня той нормировке и методу измерения сзтносителькой токсичности токсичность выше If О отн ед, не существует - это максимальное ее значение, которому соответствует мгновенный летальный исход для тест-объекта. Уровень отн,ед, определен согласно требованггям к эффективности биохш .ической очистки в аэротенках (она должна быть не менее 80%) Экспериментально уставоапено, что 80%-ном1 уровню эффективности соответствует относительная токсичность сточных вод, равная 3 10 отн . ед. , Частичная детоксикацкя обеспечивает изъятие химических веществ из сточной воды до уровня менее 3 .ед. относительной токсичности. Этот прием гарантирует бесперебойную работу очистных сооружений при высокой эффективности очистки. в емкость для частичной детоксикации вводят регенерированный ил, . предварительно измельченный, что обеспечивает высокую степень изъятия примесей из сточной воды, так как большая часть примесей адсорбируется на поверхности клеток микроорганизмов. При этом процесс адсорбции наблюдается более интенсивным для регенерированного активного ила, у которого большая часть (если не вся) активных центров захвата молекул примесей на поверхности клеток освобождается в процессе регенерации ила за счет окислительно-восстановительных реакций в аэробных условиях. Таким образом, введение регенерированного ила повышает эффективность работы всего очистного сооружения, обеспечивает стабильность и надежность процесса очистки, при этом позволяет использовать малые емкости (объемы) Д.ПЯ частичной детоксикации (использование такого ила оправдано экономически), Предлагаемая технологическая схема очистки обеспечивает экономное расходование активного ила при бесперебойной эффективной очистке в целом, так как с1-:туация возникновения высокотоксичной сточной воды редкое явление, поэтому нет надобности отбирать из аэротенка его активный ил (столь Еажный для очистки) для предварительной очистки. Это необходимо делать липш при получении сигнала о превышении относительной токсичности подаваекгай сточной воды на очистку. Такая технологическая схема создания временного буфера является экономически целесообразной

и обеспечивает наиболее высокую эффективность и стабильность биохимической очистки.

Эффективность также повышается за счет того, что хлопья активного ила, направляемого для детоксинации, предварительно измельчанэт,- что обеспечивает большую поверхность-, -котора работает как сорбент, увеличивая эффективность процесса сорбции загрязняющих веществ, т.е. детоксикацию сточных вод, и уменьшая общее время предварительной обработки сточных вод. Последнее определяет габариты емкости для частичной детоксикации.

Процесс детоксикации в емкости пр водят при непрерывном перемешивании смеси сточной воды и активного ила в анаэробных условиях при барботировании азотом, что обеспечивает равномерную нагрузку на активный ил, наиболее эффективное протекание процесса сорбции для каждой клетки микроорганизмов активного ила. Процесс ведут в анаэробных условиях. Такой технологический прием исключает окислительно-восстановительные процессы, связанные с деструкцией на поверхности клетки, которые весьма лабильны и затрудняют возможность центром /адсорбции- захвата химических веществ извнешней среды.

Процесс сорбции можно в значительной мере интенсифицироЕ чть путем ингибирования активного транспорта

клеток микроорганизмов для основных ионов (калий, натрий, хлор, кальций, фосфор и др.) , например, путем бар- ботирования суспензии азотом, что увеличивает эффективность адсорбции до 20%. Это связано с тем, что при ингибированном трансрорте в анаэробных условиях для функционирования клетки в их цитоплазме увеличивается распад высокоэнергетических сединений, богатых кислородом, .так называемые депо кислорода. При это часть освобожденной энергии идет на организацию каналов транспорта ионов по ферментативным цепям, В этом случае клетка вскрывает законсервирогванные центры гликагротенков (фермен тон) , которые и у1зеличивают адсорбционную эффнктивность клетки в целом. Описанный процесс является резервным для обеспегчения функционирования клетки, который связан с систе мами ее надежности, эволюционно. предусмотренными для случаев экстре1«)ального воздействия на клетки. В связи с тем, что для организма этот процесс является стрессовым, реакция клетки (организма}, направленная на выживание, протекает чрезвычайно быстро в силу ограниченности ресурсов надежности,, Это также является положительным фактором, так

как требуется незначительное время выведения клерки на форсированный режим адсорбции, что ведет к увеличению эффективности и стабильности частичной детоксикации.

Обработку ведут в течение от 5 до 15 мин в емкости для частичной детоксикации, что обеспечивает наиболее полное использование сорбируемых способностей клеток, так как дальнейший контакт сточной воды с загру сенным илом приводит к ярко выраженному процессу десорбции концентрация загрязняющих примесей в сточной воде после 15 мин начинает увеличиваться. Именно поэтому необходим кратковременный контакт сточной воды с активным илом. Положительным также является то, что процесс очистки в аэротенке практически не прекращается, т.е. он непрерывен и стационарен, несмотря на то, что на входе аэротенка происходит иногда задержка сточной воды, для ее частичной, детоксикации (15 мин по сравнению с 6-8 ч незначительное нарушение .стационарности) . Данный факт, обеспечивает стабильность очистки.

Сточную воду отделяют от ила и подают в аэротенк для дальнейиюй обработки, что обеспечивает предотвращение обратного процесса - десорбции, а факт кратковременности Частичной детоксикации обеспечивает эффективную очистку. При 3TOf.5 ИНГ.К6Ированный ил с адсорбированным веществом удаляют из системы очистки.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед подачей неочищенных сточных вод на биохимическую очистку осуществляют контроль качества воДы по относительной токсичности. Относительную токсичность определяют по реакции тест-объекта(использовались одноклеточные зеленые водоросли хлореллы) на действие сточных вод. При этом о степени воздействия судят по замедленной флуоресценции водорослей, которая характеризует энергетические свойства последних. Измеряют долгоживущие компоненты замедленной флуоресценции с временем жизни, большим 0,5 с. При относительной токсичности в пределах от 1,0 отн.ед. сточную воду направляют в емкость для частич ной детоксикации путем адсорбции части загрязняющих примесей в СТОЧНОЙ воде на поверхности .клеток микроорганизмов активного ила, для чего в эту же емкость одновременно со сточной водой вводят активный ил, взятый из регенератора и предварительно измельченный. Причем процесс измельчения активгого и.ла, взятого из регенератора, ведут непрерывно. При этом, если сточные воды направляют непосредственно в аэротенк, измельченный активный ил направляют та же в аэротенк. Подача в емкость для частичной де токсикации или в аэротенке измельчен ного активного ила позволяет увеличить адсорбционную способность ила. Процесс детоксикации ведут в анаэроб ных условиях при непрерывном перемешивании и барботировании азотом. Создание анаэробных условий с ингибированием/необходимо для интенсификации процесса адсорбции. Процесс частичной детоксикации ведут в течение 5-15 мин. Такое время контакта сточной воды и активного ила обеспечивает максимальное изъятие загряз.няющих веществ сточных вод в результате адсорбции. После указанной обработки сточные воды отделяют от осадка путем ,флотации и направляют в аэротенк для биохимической очистки. При относительной токсичности в пределах от 9,5( до 3-10 отн.ед. сточную воду направляют непосредственно в аэротенк для биохимической очистки. После аэротенка сточную воду с илом подают во вторичные отстойники для отстаивания, после чего активный ил направляют на регенерацию. Пример. Для сточных вод химического предприятия, поступающих на очистку, перед их подачей опре. деляют относительную токсичность полученным математическим выражением

Ь 8 ,

где h - безмерная величина относительной токсичности}5 -г С п - кратность превышения (возможного) концентрации химического вещества по сравнению с концентрацией, определяемой границу гомеостаза) , К - кратность разбавления контролируемой сточной воды, при которой физиологическая функция конкретного тест-объекта не выходит из 20%-й области оптимального уровня. Используют зеленые водоросли-хлореллы, физиологическая функция - фотосинтез, а показатель этой функции - замедленная флуоресценция (долгоживущие компоненты - 4с). Беличина h не превышает единицу, при h 1 токсичность достигает максимума и соответствует летальному исходу испытания мгновенному).

Величина 8 , характеризующая свойство вещества (сточных вод по . токсичности, одинакова для всех уровней иерархии биологического организма (т.е., это функциональное свойство воздействия (химического), а величина К характеризует тест-объект, его

На предварительную очистку (частичную детоксикацию) подают измельченный регенерированный активный ил полностью 3,0 г/л. Измельчение хлопьев ила проводят механическим путем (дробилкой) до получения гомогенной суспензии активного ила. Время регенерации - не менее 3 ч, что обеспечиг вает максимальную адсорбционную способность активного ила, а время контакта ила со сточной водой в емкости для частичной детоксикации устанавливают, исходя из кинетики процессов адсорбция - десорбция. По примеру это время равно 7 мин, при этом флотацию проводят за 3 мин.

Из таблицы видно, что в случае превышения уровня токсичности 3 110отн,е эффективность биохимической очистки уменьшается до 48% при 5 0,381. Подача сточной воды с такими же показателями на одноразовую детоксикацию приводит к частичному изъятию химических веществ из сточной воды, снижению ХПК, ВПК и относительной токсичности до величины, обеспечивающих нормальный режим работы аэро тенка.

Предлагаемый способ очистки сточных вод, содержащих токсичные конорганизацию и методику проведения токсикологического испытания). Для 8 получено следующее выражение в случае использования хлореллы, с учетом нормировки на 1 К л 1 л МРКС Ь 0,14 концентрация вещества (количество загрязнякаднх веществ в сточной воде), при которых стимулируется замедленная флооуресценция или же начинается ее ингибированиеконцентрация, при которой ингибируется -активность фотосинтеза на 50%.. Если относительная токсичность h заключена в пределах от 1,0, сточную воду направляют в емкость для частичной детоксикации путем анаэробной адсорбции веществклетками микроорганизмов в азотной среде. Для обеспечения барботирования азотом гголдерживают в сосуде постоянного давления уровень постоянного давления азота, не менее 1,5 атм. Еслиh находится в пределах от 9,510 цо 3 10,сточную воду направляют непосредственно в аэротенк. Это связано с тем, что эффективность биохимической очистки(() в аэротенке сложным образом заЕисит от уровня -относительной токсичности. В таблице приведены показатели качества сточной воды и результаты , очистки для двух ситуаций (1 и 2) . центрацни химических веществ может быть исполЁзован для повьвиения эффективности и стабильности биохимической очистки сточных вод, содержа щих органические вещества. Предлагаемый способ целесообразно использовать для обеспечения защитных мероприятнй по предотвращению аварийных ситуаций на аэротенках. Экономический эффект от использования изобретения составляет около 136 тыс.руб, от внедрения на очистной станции производительностью 40 тис, мЛсут,

1. СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, включающий обработку активным илом, флотацию, обработку в аэротенке с последующим отстаиванием и возвратом регенерированного активного ила, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки высокотоксичных сточных вод, сточные воды при значении токсичности в пределах от ЗЮ до 1,0 отн.ед. подвергают обработке гомогенизированным активным илом в анаэробных условиях при барботировании азотом. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку гомогенизированным активным илом в анаэробных условиях ведут 5-10 мин. §

0,381

1180

680

48

-2

5,0«104,2-10

1020

950

620

550

94

98