Способ очистки воды от соединений азота и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК C02F3/28 C02F3/28 C02F101/16 

2.Способ по п. 1, отличающийся тем/ что культивирование- на подложке денитрифицирую-щих микроорганизмов осуществляют

до полного созревания последних в течение 7-14 сут. ,

3.Устройство для очистки воды от соединений азота, содержащее канал с секциями загрузки с микроорганизмами.в виде подводных участков, приемную камеру со щитом, при этом днище канала I в местах расположения секций вьтолнено с уклоном, отличающееся тем., что, с целью упрощения процесса при высокой степени очистки, загрузка выполнена в виде установленных перпендикулярйо оси потока пакетов из сухого тростника или камыша озерногс, закрепленных в пучках, при этом пучки в пакете располагают слоями и в каж-дом из слоев пучки уложены по отношению к пучкам соседнего слоя под углом; а оси пучков перпендикулярны оси потока.

4.Устройство поп.З, отличающейся тем, что пучки уложены по отношению к пучкам соседнего слоя под углом не более 45,

5.Устройство по п. Зи 4,отличающееся тем, ЧТО;каждый из пакетов покрыт металлической сеткой.

1. Способ очистки 1аоды от соединейий азота, включающий культивирование на подложке денитрифицирующих микроорганизмов в анаэробных условиях с использованием затравки с последующей биологической очисткой воды .указанными микроорганизмами в присутствии углеродсодержащего ве- . щества, от ли ч ающ и йс я тем, что, с целью упрощения процесса при высокой степени очистки, в качестве затравки для культивирования денитрифицирующих микроорганизi мов используют регенерированный активный ил после аэротенков станции (Л биологической очистки сточных вод7 а в качестве подложки и одновременно источника углеродсодержащего вещества - стебли сухого тростника или камыша озерного, при этрм спог соб очистки осуществляют при ,ско- . рости потока воды 20-40 мм/с. ю Од СП 4 О

Изобретение относится к охране окружающей среДы, в частности водных объегктов от поступления остатко азотсодержащих минеральных удобре НИИ, содердащихся в возвратных водах ОТ. орошения сельскохозяйственных угодий.

Известен способ извлечения соединений азота из хозяйственно-бытовых сточных вод - основного источника поступления соединений азота в водные объекты, основанный на процесе денитрификации под повышенны; давлением и использовании в качестве источника углерода крахмала, глюкозы или метанола.

Биологическая пленка, обеспечивающая денитрификацию, образуется на частицах активированного угля, размер частиц 0,2 - 3,3 мм l| . .

Известный способ обеспечивает эффективную ОЧИСТКУ сточных вод, содержащих высокие концентрации соединений азота до 10 г/л, а для разбавленных с малой концентрацией соединений азота до 10 мг/л, каковыми. являются возвратные воды от орошения, он неэффективен, так как требует строительства специальной закрытой конструкции колонны, использования насосов для подачи воды, что не может быть конструктивно применено на сельхозугодиях, поскольку прив.едет к отчуждению, плодородных земель и увеличению эксплуатационных расходов.

л Известно устройство очистки сточных вод в колоидном состоянии, где используется конструкция закрытого резервуара, в KOTOpoiyi поддерживается аэробный режим. В известном устройстве предусмотрен вводный патрубок для подачи кислорода. Резервуар заполнен пакетами с загрузочным материалом, который представляет собо кору дерева секвойи, подвергнутую предварительно специальной обработке для разрушения ее структуры 2).

Однако известное устройство сложно по конструкции;и эксплуатации и не обеспечивает в достаточной степени извлечения соединений азота.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ биологической денитрификации сточных вод, содержащих нитратный азот, который основан на контактировании активной денитрифицирующей . подложки со сточной водой, включающей в себя центральное ядро, выполненное из нейтрального материала, например древесного угля, с зафиксированными на нем денитрифицирующими бактериями и карбоната кальция. В денитрифицирующую среду дополнительно вводят раствор микроэлементов , а процесс денитрификации ведут при 30°С З .

Указанный способ предназначен дл очистки промышленных сточных вод с содержанием нитратного азота до 10 г/л, т.е. в 1000 раз вьпде содержания азота в возвратных водах от орошения, и требует наличия систе-. мы очистных сооружений и устройств, что приводит к усложнению процесса очистки возвратных вод вследствие применения широкого ассортимента вспомогательных материалов и сложных условий предварительной селекции денитрифицирующих бактерий.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для очистки воды от биогенных веществ, преимущественно соединений азота

И,фосфора, содержащее канал с секциями загрузки с фотосйнтезирующими организмами в виде подводных участков , приемную камеру со щитом и отстойник в виде прорези в конце каждой секции, при этом днище канала в местах расположения секций выполнено с уклоном. Загрузка выполнена в виде пластин, установлен«ых на стенках и днище канала, на поверхности которых культивированы фото,синтезирующие организмы. Пластин1а выполнены волнообразными с шероховатой поверхностью 4 .

.Недостатком устройства является его конструктивная сложность, не обеспечивающ,ая достаточную эффективность работы из-за цикличности.процесса очистки и необходимости изготовления элементов устройства с применением сложного промышленного оборудования.

Цель изобретения - упрощение процесса при высокой степени очистки.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу очистки воды от соединений азота, включающему культивироЬание на подложке денитрифицирующих микроорганизмов в анаэробных условиях с использованием затравки с последующей биологическо очисткой воды указанными микроорганизмами в присутствии углеродсодержащего вещества, в качестве затравки для культивирования денитрифицирующих микроорганизмов используют регенерированный активный ил после аэротенков станции биологической очистки сточных-вод, а в качестве подложки и одновременно источника углеродсодержащего вещества - стебли сухого тростника или камыша озерного, при этом,предпочтительно способ очистки осуществляют при скорости потока воды 20-40 мм/с.

Культивирование на подложке денитрифицирующих микроорганизмов осуществляют, до полного созревания последних в течение 7-14 сут.

В устройстве для очистки воды от соединений азота, содержащем канал с секциями загрузки с микроорганизмами в виде подводных участков, приемную камеру со щитом, при этом днище канала в местах расположения секций выполнено с уклоном, загрузка выполнена в виде установленных . перпендикулярно оси потока, пакетов из сухого тростника или камыша озерного, закрепленных в пучках, при этом пучки в пакете располагают слоями.и в каждом из слоев пучки уложены по отношению к пучкам со- седнего слоя под углом, а оси пучков перпендц1кулярны .оси потока.

Предпочтительно пучки уложены по отношению к пучкам соседнего слоя под углом.не более 45 .

Каждый из пакетов покрыт металлической сеткой.

Использование в качестве затравки для культивирования денитрифицирующих микроорганизмов регенерированног о активного ила после аэротенков станции биологической очистки сточных вод позволяет при сохранении высокой степени очистки возвратных вод исключить сложный про10цесс предварительной селекции денитрификации и обеспечивает более простое культивирование смешенной культуры денитрифицирующих бактёри$, обладающих высокой биохимической активностью и менее прихотливых к

5 источнику питания по сравнению с использованными в прототипе.

Использование в качестве подложки и одновременно источника углеродсодержащего вещества стеблей сухого

0 тростника или камыша озерного исключает необходимость добавок углерода и микроэлементов, упрощает процесс биологической очистки.в целом вследствие широкой доступности, дешевиз5ны и простоты эксплуатации такого природного материала.

Осуществление способа очистки воды при скорости потока 20-40 мм/с обеспечивает упрощение процесса контак0тирования обрабатываемой воды с активной денитрифицирующей подложкой . в условиях оросительных систем без снижения высокой степени очистки.

Выполнение загрузки в виде уста5новленных перпендикулярно оси потока пакетов из сухого тростника или камыша озерного, закрепленных в пучках, обеспечивает значительное упрощение конструкции устройства при высокой степени биологической очистки

0 и минимальных эксплуатационных И капитальных затратах.

Вследствие того, что пучки в пагкете расположены слоями и в каждом из слоев пучки уложены по отношению

5 к пучкам соседнего слоя под углом не более 45° , а оси пучков перпендикулярны оси потока, обеспечивается оптимальный режим процесса денитрификации в анаэробных условиях без

0 применения сложных конструктивных элементов, а также хорошая проточнрсть обрабатываемой воды.через загрузку.

Поскольку каждый из пакетов по5крыт металлической .сеткой, обеспечивается упрощени.е процесса очистки вследствие упрсадения изъятия пакетов из устройства для замены ия новыми, а также более компактная

0 укладка и износоустойчивос.ть.

.На фиг.1 изображено устройство для очистки воды от соединений азота, вид в плане; на фиг.2 - разрез- . А-А на фиг., на фиг.З.- разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - пакет с выры5

BOM по слоям/ на фиг.5 - разрез В-В на фиг.4.

Устройство для очисткч воды от соединений азота содержит канал 1 с секциями 2 и 3 загрузки, выполненными в виде установленных перпендикулярно оси потока пакетов 4 из сухого тростника или камыша озерного с микроорганизмами и приемную камеру 5 со щитом 6. Днйще 7 канала 1 в местах расположения секций 2 и 3 выполнено с уклоном. Сухой тростник или камыш озерный закреплен в пакете 4 загрузки в пучках 8, при этом пучки 8 расположены в пакете слоями9 - 12, а в каждом из соседних слоев пучки 8 уложены по отношению друг к другу под углом, причем оси пучков 8 расположены перпендикулярно -оси потока, т.е. оси канала 1,

Пакеты 4 загрузки установлены в секциях 2 и 3 в направляющих 13 с возможностью съема. Между пакетами 4 загрузки к их верхним,кромкам прикреплены горизонтально, расположенные дополнительные пакеты 1.4 загрузки, которые выполнены аналогично пакетам 4.

Каждый из пакетов 4 и дополнительные пакеты 14 покрыты сеткой 15 например; металлической или пластмассовой. : .

Пакеты 4 и дополнительные пакеты 14 перпендикулярно помещают в емкбсти с регенерированным активным илом, где их выдерживают в течение 7-14 сут. При этом происходит культивирование денитрифицирующих бактерий на поверхности загрузки, т.е. бактерии покрывают поверхности стеблей тростника.

Устройство для очистки воды от соединений азота, осуществляющее способ; работает следующим образом;

Возвратные воды от орошения по каналу 1 через щит 6 поступают в секции 2 и 3 с пакетами 4 загрузки. Проходя по секциям через перпендикулярно установленные пакеты 4 загрузки, возвратные воды контактируют с денитрифицирующими микроорганизмами, которые предварительно культивируют на подложке из сухого тростника или камыша озерного в течение 7-14 сут, используя в качестве затравки регенерированный активный ил после аэротенков стенции биологической очистки сточных вод. При этом возвратные воды подвергаются очистке от остатков азотных минеральных удобрений, так как окисленные формы -азота восстанавливаются под действием денитрифицирукндих микроорганизмов до газообразного (молекулярного) безвредного для живых организмов.

щдаами б и-16 регулируют равномерное распределение потока очищаемой воды и установление оптимальнойскорости прохождения потока 2040 мм/с. При указанной скорости длина сооружения составляет 72 м. Длина сооружения может быть уменьше5 на всл.едствие последовательно подключенных ступеней (10- секций). При этом эффективность сооружения до стигает 97-100%.

После прохождения возвратных вод o через денитрификационную загрузку в них быстро восстанавливается нормальное содержание растворенного кислорода, после чегд возвратный сток может сбрасываться в водный

5 объект, не создавая опасности гигиеническим, рыбохозяйственным и экологическим условиям.

Пример 1. Эксперименталь; ная установка в лабораторных условиях для проверки осуществления способа работает на искусственно имитированных по составу возвратных водах от орошения, а также с натуральными возвратными водами различиных оросительных систем страны.

Установка представляет собой стеклянный цилиндр диаметром 0,5 см,площадью сечения 20,0 см и высотой 50 см, В качестве загрузочного материала используют высушен0 ный тростник, камыш озерный, солому, измельченныекусочки различных пород деревьев. Процесс формирования биологической пленки в более короткие сроки проходит на камыше

5 Озерном. Кроме того, камыш- озерный обладает хорошими механическими свойствами и длительное время (67 мес) хорошо сохраняет фильтрующие свойства. Поэтому в качестве за0 грузочного материала, в основном, испОльзуют камыш озерный, который является одновременно материалом, на котором формируется денитрифицирующая биологическая пленка, и исе точником углерода при анаэробном распаде собственно целлюлозы и гемицеллюлозы его опорной ткани.

В качестве затравки, служащей культурой денитрифицирующих микро организмов для формирования биоло-г

гической пленки, используют регенерированный активный ил после аэротенков очистных сооружений биологической очистки сточных бытовых вод. Созревание биологической пленки про5 исходит в течение 7-14 сут.

Путем изменения скоростей протекания жидкости через цилиндр и времени: контакта жидкости с загрузочными материалами определяют эффек0 тивность работы установки и отрабатывают технический регламент. Лабораторная установка состоит из нескольких циЛиндров (5-б), позволяющих дублировать эксперимент. Опыт

5 ПЕоводят при скорости 20 мм/с. При

этой скорости очистка возвратных вод проходит хорошо и достигает 100%-ного снижения азота уже через 1 ч пребывания исследуемой воды в экспериментальной установке.

Пример 2. Исследуемые воды идентичны по составу с воэврдтнбй и водами оросительных систем. Обработку проводят аналогично примеру 1, но при скорости протекания очишаемой воды в пределах 30 мм/с. CmnkeНйе содержания азота через 1 ч обставляет 90-95%, С увеличением времени пребываний очищаемой воды в устройстве эффект очистки составляет 97-100%.

П р и. м е р 3. Проводят обработку ирследуемой- воды, идентичной по составу с возвратньоми водами оросительных систем, аналогично примерам 1 и 2 при скорости протекания очищаемой воды по устройству 40 мМ/с.Снижение содержания азота через 1 ч составляет 60%. С увеличением времени пребывания очищаемой воды в устройстве эффект очистки составляет 60-70%.

. Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом обеспечивается тем, что он может, быть реализован дешевыми легкодоступными материалами, не требует сложных процессов, их специальной подготовки, а также дорогостоящего промышленного оборудования и может быть применен на коллекторах оросительных систем, чт

в итоге обеспечивает высокоэффективную ОЧИСТКУ возвратных вод.орошения при минимальных капитальных затратах на ее реализацию и без снижения высокого качества очистки до Tpe6yeNMX нормативов при одновременном снижении нитратного азота (как и в способе-прототипе) не менее чем на 97-100%.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства по,

0 сравнению с известнымзаключаются в простоте выполнения основных конструктивных элементов (пакетов за-., грузки), дешевизне и доступности материала для их изготовления - сухо5го тростника или камыша озерного/ позволяющего исключить необходимость -введения в технологический процесс биологической очистки дополнительных материалов для питания и оптими0зации денитрифицирующей активности микроорганизмов.

Предлагаемый способ позволяет повысить степень извлечения биогенных с веществ из возвратных вод орошения при ме:;ьших капитальных затратах на строительство и предотвратить эвтрофирование объектов-приемников этих вод.,

0 Предлагаемые способ и устройство могут быть использованы во всех районах орошаемого земледелия, при этом обеспечивается простота эксплуатации, высокая эффективность очист5ки.

J5 /5 . Л

«I WllfIl4W4«V.«ilimi r,.7 tIrI5|i ;ltJI t .Ж)

tl rl l 14l4t

д-В

3 10

SF// п

Фиг.5