способ биологической очистки воды от трудноокисляемых органических соединений

Формула изобретения

Способ биологической очистки воды от трудноокисляемых органических соединений путем диссипации потока исходной воды, сорбции и окисления органических соединений иммобилизованными микроорганизмами по взвешенном слое загрузки с одновременной биорегенерацией загрузки и последующей фильтрацией биологически очищенной воды через плотный слой загрузки, отличающийся тем, что поток исходной воды на диссипацию подают с тангенциальной скоростью 165 - 175 см/с, диссипацию ведут при вертикальной скорости потока воды 9 - 14 см/с, а процесс биосорбции осуществляют в спирально закрученном потоке при вертикальной скорости его равной 1,25 - 1,40 см/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области глубокой биологической очистки воды от трудноокисляемых соединений.

Известен способ биологической очистки воды от трудноокисляемых органических соединений, в частности сточных вод процесса синтеза эпихлоргидрина, включающий термощелочную обработку, абсорбцию активированным углем с непрерывным процессом регенерации последнего, химическую окислительную обработку и биологическую доочистку (см. заявки DE фирмы SOLVAY Deutschland N4314108 от 29.04.93 г. и WO N 9514639, от 01.06.95г., кл. C 02 F 1/02, 9/00).

Недостатком известного способа является сложность процесса, обусловленная его многостадийностью; последняя в совокупности с операцией термощелочной обработки приводит к удорожанию процесса.

Известен способ биологической очистки воды, в частности сточных вод, от трудноокисляемых органических соединений путем насыщения воды кислородом или кислородсодержащим газом с последующей сорбцией и окислением иммобилизованными микроорганизмами в слое загрузки при циркуляции очищаемой воды через вертикальные каналы таким образом, что нисходящий поток воды проходит через свободное сечение канала, а восходящий - через слой загрузки (см. патент DE 19645268, C 02 F 3/10, заявл. 02.11.96 г., опубл. 05.07.98 г.).

Недостатком известного способа является недостаточно высокая степень очистки, обусловленная ухудшением массообмена в стационарном слое загрузки, и невысокая надежность процесса из-за неудовлетворительного гидродинамического режима диссипации - необходимость прерывания процесса для очистки зоны аэрации от биопленки.

Известен способ биологической очистки воды от органических соединений путем предварительного насыщения циркулирующего потока очищаемой воды кислородом, смешения его с исходной водой и дальнейшей биологической очисткой во взвешенном слое зернистой загрузки с иммобилизованными микроорганизмами (см. заявку US фирмы ENVIREX, ING., N367803 от 30.12.94, опубл. 23.07.96 г. ).

Недостатком известного способа является недостаточно высокая степень очистки вследствие неудовлетворительного гидродинамического режима диссипации.

Известен способ биологической очистки воды от трудноокисляемых органических соединений, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, заключающийся в диссипации потока исходной воды - подачи последней вниз от слоя загрузки с последующей направленной подачей отраженного потока вертикально вверх, в дальнейшей сорбции (при скорости 0,85- 0,97 м/с) и окислении очищаемой воды иммобилизованными микроорганизмами во взвешенном слое загрузки с одновременной биологической регенерацией последней, в последующей фильтрации биологически очищенной воды через плотный слой загрузки; процесс осуществляют при нагрузках на загрузку 1,5 - 3,0 мг по химическому потреблению кислорода и 0,5 - 1,5 мг по биологическому потреблению кислорода на 1 г загрузки в сутки и при концентрации растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1,0 - 2,0 мг/л (мм. патент России N2079447, кл. C 02 F 3/02 от 08.11.94 г., опубл. 20.05.97 г.; ТП "Установка по доочистке сточных вод биосорбционным методом, том 1, кн. 1, Т2, 1981 г.).

Недостатком известного способа является недостаточно высокая степень очистки воды (90%), обусловленная вторичным загрязнением воды вследствие истирания частиц загрузки, нарушением структурной целостности слоя загрузки - образованием вертикальных зон размыва во взвешенном слое загрузки вследствие неудовлетворительного гидродинамического режима диссипации - направленности потока очищаемой воды вниз от слоя загрузки и отраженного потока - вертикально вверх, и, следовательно, нестабильностью качества очистки воды.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение степени очистки воды и стабильности качества очистки.

Технический результат достигается тем, что в способе биологической очистки воды от трудноокисляемых органических соединений путем диссипации потока исходной воды, сорбции и окисления ее иммобилизованными микроорганизмами во взвешенном слое загрузки с одновременной биорегенерацией загрузки и последующей фильтрацией биологически очищенной воды через плотный слой загрузки, поток исходной воды в зону диссипации подают с тангенциальной скоростью 165-175 см/с, процесс диссипации ведут с вертикальной скоростью потока воды 9-14 см/с, а процесс биосорбции осуществляют в спирально закрученном потоке при вертикальной скорости 1,25-1,40 см/с.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную воду, содержащую трудноокисляемые органические соединения, подают в аэрационную камеру биосорбера и вместе с циркуляционным потоком со стадии биосорбции насыщают кислородом воздуха до 7-9 мг/л. Образующийся поток с тангенциальной скоростью 165-175 см/с направляют на диссипацию, осуществляемую с вертикальной скоростью 9-14 см/с.

Тангенциальная подача воды с вышеуказанной скоростью способствует формированию потока таким образом, что спиралевидный виток его образуется в горизонтальной плоскости с дальнейшим закручиванием потока по спирали при его направленности вертикально вверх.

Таким образом, формирование потока во время диссипации предопределяет осуществление биосорбции в спирально закрученном потоке.

Процесс диссипации ведут при вертикальной скорости 9-14 см/с.

Ведение процесса диссипации при указанной вертикальной скорости обеспечивает повышение степени очистки за счет создания стабильного взвешенного слоя и исключения вторичного загрязнения воды в результате истирания частиц загрузки.

Осуществление процесса диссипации при вертикальной скорости ниже 9 см/с приводит к снижению степени очистки, вследствие нарушения стабильности взвешенного слоя, истирания частиц загрузки, и вторичному загрязнению в результате истирания частиц загрузки.

Осуществление процесса диссипации при вертикальной скорости выше 14 см/с не приводит к существенному улучшению степени очистки воды, но резко повысит энергозатраты, что нецелесообразно.

Предложенный гидродинамический режим диссипации обеспечивает повышение степени очистки, способствуя стабильности осуществления процесса биосорбции в спирально закрученном потоке, увеличивающем длительность контакта очищаемой воды и загрузочного материала, исключения вторичного загрязнения воды из-за уменьшения истирания загрузки и создания стабильно структурированного взвешенного слоя (отсутствие зон размыва).

Стадию собственно биосорбции осуществляют в спирально закрученном потоке, во взвешенном слое загрузочного материала при вертикальной скорости 1,25-1,40 см/сек.

Осуществление процесса биосорбции в спирально закрученном потоке, во взвешенном слое загрузочного материала при скорости 1,25-1,40 см/с способствует повышению степени очистки воды до 92% за счет улучшения процесса массообмена.

Осуществление процесса биосорбции при скорости 1,15 см/с приводит к снижению степени очистки воды до 75-80%, вследствие нарушения структуры взвешенного слоя, а именно к возможности кольматации и слеживаемости загрузки.

Осуществление процесса биосорбции при скорости 1,5 см/с несущественно улучшает степень очистки воды, но значительно увеличивает энергозатраты, что нецелесообразно.

Во взвешенном слое загрузочного материала при нагрузках на загрузку 1,5-3,0 мг ХПК/г/сут и 0,5-1,5 мг БПК/г/сут происходит очистка от трудноокисляемых органических соединений за счет их сорбции на поверхности загрузочного материала с одновременным окислением иммобилизованными микроорганизмами и их ферментами, что обеспечивает биологическую регенерацию загрузочного материала и глубокое окисление органических соединений. Очищенная вода на выходе из взвешенного слоя с концентрацией растворенного кислорода 1-2 мг/л разделяется на два потока, один из которых возвращается в аэрационную камеру биосорбера для насыщения кислородом и, пройдя зону диссипации, направляется снова во взвешенный слой загрузочного материала для приведения загрузки во взвешенное состояние и для снабжения микроорганизмов растворенным кислородом. Второй поток подается в плотный слой загрузочного материала для доочистки - окончательного окисления органических загрязнений и удаления взвешенных веществ с последующим отводом осветленной воды.

Пример 1.

Воду, содержащую фенол, формальдегид, ксилол с концентрацией 3 мг/л, ХПК - 50 мг/л, БПК - 20 мг/л, с содержанием аммонийного азота - 5 мг/л и растворенного кислорода 8 мг/л, с тангенциальной скоростью 165 см/с подают на диссипацию, осуществляемую при вертикальной скорости образующегося спирально закрученного потока, равной 9 см/с. Процесс собственно биосорбции ведут в спирально закрученном потоке, в слое взвешенного загрузочного материала при вертикальной скорости 1,25 см/с, нагрузке на загрузку 1,5 мг ХПК/г/сут и 0,5 мг/БПК/г/сут и при поддержании концентрации растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1,5 мг/л. Очищенная вода имеет следующие показатели: БПК - 1,5-2 мг/л, трудноокисляемые органические вещества - на уровне ПДК, эффект очистки по БПК - 92%.

Примеры 1-5 сведены в таблицу.

Данные, свидетельствующие о повышении степени очистки, при предложенном гидродинамическом режиме диссипации и режиме биосорбции приведены в таблице.

Только совокупность таких приемов, как подача исходной воды на диссипацию с тангенциальной скоростью 165-175 см/с, ведение диссипации с вертикальной скоростью 9-14 см/с и осуществление процесса биосорбции в спирально закрученном потоке при вертикальной скорости 1,25-1,40 см/с обеспечит повышение степени очистки воды и стабильности качества очистки.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает повышение степени очистки с 90 до 92% за счет создания оптимального гидродинамического режима диссипации, способствующего повышению степени очистки воды вследствие исключения вторичного загрязнения из-за уменьшения истирания загрузки и исключения образования зон размыва во взвешенном слое последней, а также в результате оптимального режима биосорбции - осуществления последней в спирально закрученном потоке стабильного взвешенного слоя при заданных скоростях и стабильности качества очищенной воды.