способ биологической очистки сточных вод и утилизации илового осадка

Формула изобретения

Способ биологической очистки сточных вод и утилизации илового осадка, включающий сорбцию и окисление сточных вод в биоценозе активного ила при их аэрации и обработке кавитацией низкой интенсивности, отделение очищенной воды, задержание вспухшего ила и доочистку воды путем флокуляции с помощью биологической пленки и гравитационного осаждения в отстойнике с закрепленной загрузкой, возврат вспухшего ила на первичную стадию аэрации, отбор и удаление отработанного осадка, отличающийся тем, что сорбцию и окисление сточных вод в биоценозе активного ила совмещают с процессом сорбции и окисления с помощью биологической пленки при степени насыщения кислородом воздуха не менее чем 18-22 мг/л, процесс ведут после проведения кавитационной обработки с числом кавитации G=0,004 на стадии предварительной очистки последовательно в три этапа, проводимых в автономных реакторах, отличающихся друг от друга используемым биоценозом активного ила и биологической пленки, при этом смешивание активного ила с очищаемой сточной водой ведут в каждом реакторе не менее чем дважды в восходяще-нисходящем потоке, формируемом в реакторе турбулизацией подаваемой в нижнюю часть реактора водовоздушной смеси, обработанной на каждом этапе кавитацией с числом G=0,002 и аэрацией, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила и частиц биопленки, а также доочистку, осуществляют последовательно в две-три ступени, уловленный осадок, состоящий из вспухшего ила и частиц биопленки разделяют на части, каждая из которых подается в один из реакторов, где проводилась очистка воды, одна - на регенерацию ила, а оставшаяся - на обработку утилизируемого осадка, при обработке утилизируемого осадка чередуют его обработку кавитацией поочередно с числами G=0,001 и 6,5 при количестве циклов не менее двух, при этом подачу сточных вод в каждый из реакторов, используемых для регенерации вспухшего ила или обработки осадка, перекрывают на необходимое для данных процессов время, в ходе которых проводят многократную, в процессе циркуляции аэрационную и кавитационную обработку, после чего ил уплотняют в процессе отстоя, а обогащенную ферментами в процессе обработки осадка надиловую воду подают на начальную стадию процесса очистки воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод.

Известен способ биологической очистки сточных вод, включающий очистку сточных вод биоценозом активного ила в реакторах, доочистку вод и осаждение вспухшего ила и взвешенных твердых частиц, регенерацию вспухшего ила в процессе биологической очистки на несущей поверхности, размещенной в отстойнике, покрытой биологической пленкой при аэрации вод в циркуляционных объемах, размещенных между слоями биологической пленки, возврат регенерированного ила в реакторе, удаление осадка (см. Патент России №2180895 С02F 3/06, опубл. 27.03.2002 г.).

Данный способ не обеспечивает необходимую степень очистки в случае трудноокисляемых загрязнений, кроме того, он требует соблюдения сложного гидродинамического режима для поддержания работоспособности активного ила в циркуляционных объемах. Кроме того, получаемый осадок нуждается в дополнительной обработке для его обезвреживания.

Наиболее близким по получаемому техническому результату и существенным признаком является способ биологической очистки сточных вод (см. Патент России №2255905, С02F 3/00, опубл. 10.07.2005 г.), включающий сорбцию и окисление сточных вод в биоценозе активного ила при их аэрации и кавитационную обработку низкой интенсивности, отделение очищенной воды, задержку вспухшего ила и доочистку воды путем флокуляции с помощью биологической пленки и гравитационного осаждения, проводимых в отстойнике, возврат вспухшего ила на аэрацию в приемный резервуар, удаление осадка, причем аэрацию осуществляют не менее чем дважды - предварительно и в процессе очистки со степенью насыщения кислородом воздуха не менее чем 15-20 мг/л.

Данный способ позволяет упростить комплекс применяемого оборудования, т.к. для осуществления процессов сорбции и окисление способа используется подающий трубопровод.

Вместе с тем, для очистки сточных вод до значений загрязнений, позволяющих их сброс в природные водоемы, требуется значительная протяженность трубопроводов, что не всегда осуществимо. Кроме того, уловленные загрязнения могут быть недостаточно обезврежены и требуют их дальнейшей обработки для их применения. Способ также недостаточно эффективен в случаях наличия трудноокисляемых загрязнений.

Задачей создания предлагаемого технического решения является повышение степени очистки и степени безопасности уловленных загрязнений вплоть до использования уловленного илового осадка в качестве полезного продукта, а также снижение стоимости очистки сточных вод и утилизация илового осадка.

Результатом предлагаемого технического решения является повышение степени очистки воды при снижении стоимости очистки и увеличении степени безопасности задержанных загрязнений вплоть до использования утилизированного илового осадка в качестве органно-минерального продукта для различных народно-хозяйственных целей: мелиорация, повышение плодородия почв.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе биологической очистки сточных вод и утилизации илового осадка, включающем сорбцию и окисление сточных вод в биоценозе активного ила при их аэрации и обработке кавитацией низкой интенсивности, отделение очищенной воды, задержание вспухшего ила и доочистку воды путем флокуляции с помощью биологической пленки и гравитационного осаждения в отстойнике с закрепленной нагрузкой, возврат вспухшего ила на первичную стадию аэрации, отбор и удаление отработанного осадка, имеются отличия, а именно сорбцию и окисление сточных вод в биоценозе активного ила совмещают с процессом сорбции и окисления с помощью биологической пленки при степени насыщения кислородом воздуха не менее чем 18-22 мг/л, процесс ведут после проведения кавитационной обработки с числом кавитации G=0,004 на стадии предварительной очистки последовательно в три этапа, проводимых в автономных реакторах, отличающихся друг от друга используемым биоценозом активного ила и биологической пленки, при этом смешивание активного ила с очищаемой сточной водой ведут в каждом реакторе не менее чем дважды в восходяще-нисходящем потоке, формируемом в реакторе турбулизацией подаваемой в нижнюю часть реактора водовоздушную смеси, обработанной на каждом этапе кавитацией с числом G=0,002 и аэрацией, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила и частиц биопленки, а также доочистку осуществляют последовательно в две-три ступени, уловленный осадок, состоящий из вспухшего ила и частиц биопленки, разделяют на части, каждая из которых подается в один из реакторов, где проводилась очистка воды, одна - на регенерацию ила, а оставшаяся - на обработку утилизируемого осадка, при обработке утилизируемого осадка чередуют его обработку кавитацией поочередно с числами G=0,002 и 6,5, при количестве циклов не менее двух, при этом подачу сточных вод в каждый из реакторов, используемых для регенерации вспухшего ила или обработки осадка, перекрывают на необходимое для данных процессов время, в ходе которых проводят многократную, в процессе циркуляции аэрационную и кавитационную обработку с числом G=0,001, после чего ил уплотняют в процессе отстоя, а обогащенную ферментами в процессе обработки осадка надиловую воду подают на начальную стадию процесса очистки воды.

Повышение степени очистки воды достигается за счет того, что процесс сорбции и окисления сточных вод в биоценозе активного ила совмещают с процессом сорбции и окисления с помощью биологической пленки, проводимых последовательно в три этапа, отличающихся используемым на данном этапе биоценозом. Каждый из биоценозов, используемый после предыдущего, отличается от него более широким видовым составом микроорганизмов, которые способны перерабатывать трудноокисляемые загрязнения при условии отсутствия дефицита кислорода в процессе очистки, поэтому достижение концентрации кислорода водоиловой смеси на уровне 18-22 мг/л, позволяет значительно увеличить видовой состав активного ила и биопленки и обеспечить биоценозы необходимым для их нормального функционирования уровнем кислорода.

В свою очередь данного содержания кислорода в процессе сорбции и окисления достигают за счет ввода кислорода воздуха в обработанную кавитацией низкой интенсивности сточную воду и подачи данной пластичной водовоздушной смеси в нижнюю часть реактора. Этим достигают минимизации потерь напора, а также равномерной концентрации кислорода в объеме восходящего потока.

Способ осуществляют следующим образом.

В приемный резервуар насосной станции подается освобожденная от грубых механических загрязнений сточная вода. Далее сточные воды подаются насосами на стадию предварительной очистки, в ходе которой вода обрабатывается кавитацией низкой интенсивности, которая стимулирует рост микроорганизмов в очищаемой воде. Стадию основной очистки осуществляют последовательно в три этапа, в трех автономных реакторах, где происходит сорбция и окисление в биоценозе активного ила, а также на биологической пленке, закрепленной на сетчатых носителях.

Каждый из этапов очистки отличается используемым биоценозом активного ила и биологически активной пленкой, закрепленной на сетчатых носителях.

В процессе обработки вода рециркулирует через каждый реактор не менее чем дважды, в зависимости от степени загрязнения воды. Максимально возможного насыщения кислородом водоиловой смеси в реакторах достигают путем подачи в процессе рециркуляции в нижнюю часть реактора пластичной водовоздушной смеси, которую получают обрабатывая воду в процессе перекачки насосами кавитацией низкой интенсивности и подавая кислород воздуха в данную смесь.

Смешение активного ила с очищаемой водой происходит последовательно в восходяще-нисходящем потоке путем его турбулизации, то есть путем управляемого отклонения потока в объеме реактора.

При этом обработка воды ведется при концентрации кислорода в воздушно-иловой смеси 18-22 мг/л. В реакторе создают условия, при которых водоиловый поток сначала обтекает внешнюю зону реактора (его восходящую ветвь), а затем опускается вниз по центральной части реактора (нисходящая ветвь) и проходит через биологическую пленку, закрепленную на сетчатых носителях.

Восходящие ветви потока более обогащены кислородом, чем внутренние, что создает возможность протекания поочередно процессов нитрификации и денитрификации, при которых окисляющий загрязнения биоценоз сначала поглощает кислород из водовоздушной смеси, а затем интенсивно его расходует на окисление загрязнений. Тем самым достигается большая степень очистки.

Используемый в каждом из реакторов биоценоз сформирован по ступенчатой схеме изъятия загрязнений от легко- до трудноокисляемых путем постоянного культивирования в реакторе видового состава микроорганизмов.

На первой ступени биологической очистки изымается легкоокисляемая органика активного ила, биоценоз которого характеризуется сравнительно небольшим видовым составом, в который входит 5-7 групп микроорганизмов. На второй ступени биоценоза реактора наблюдается дополнительное арифметическое прибавление к существующему следующих 8-10 групп микроорганизмов. При заданном режиме обеспечения очистки от загрязнений в третьем реакторе к образовавшимся на двух предыдущих стадиях добавляются новые виды микроорганизмов в количестве 12-14 групп микроорганизмов. Таким образом, изъятие загрязнений находящихся в очищаемой воде ведется ступенчатым способом, сначала изымаются легкоокисляемые загрязнения, затем среднеокисляемые и в заключении трудноокисляемые.

После прохождения через все три реактора смесь сточной воды и вспухшего ила поступает в отстойники на стадию отделения очищенной воды и задержки вспухшего ила, а также доочистку, путем флокуляции с помощью биологической пленки и гравитационного осаждения, при этом степень насыщения водо-иловой смеси кислородом воздуха снижается, хотя и остается высокой (10-15 мг/л), что позволяет закончить процесс глубокой очистки воды. Процесс отделения активного ила от очищаемой воды ведут ступенчато в отстойниках. На первом этапе осаждают наиболее тяжелые флокулы активного ила, на последующих легкие. Механизм осаждения биомассы активного ила и биопленки заключается в подборе соотношения количества поступающей биомассы к количеству ступеней осаждения, чем больше биомассы, тем больше ступеней ее отделения, но не менее двух, так как в первой ступени может быть достигнуто осаждение взвешенных веществ до 10-15 мг/л в очищенной воде, тогда вторая ступень может обеспечить осаждение взвешенных веществ до 2-4 мг/л. Осветленная вода выводится на обеззараживание, а осевшая в нижней части отстойников иловая смесь направляется на регенерацию в первый реактор, при достижении высокой дозы по объему часть его подают на обработку для утилизации в полезный продукт в третий реактор.

Регенерация вспухшего ила происходит в процессе рециркуляции при максимальном насыщении кислородом воздуха и обработкой кавитацией низкой интенсивности. В процессе регенерации вспухший ил восстанавливает свою рабочую активность.

При обработке избыточной части ила, которая предназначена на утилизацию, производят многократную в процессе рециркуляции аэрационную и кавитационную обработку илового осадка, чередуя обработку кавитацией низкой, с числом G=0,001, и высокой интенсивности G=6,5, для его обезвреживания. В процессе этой обработки за счет кавитации оболочки микроорганизмов разрушаются и выделяются их ферменты, способствующие интенсивному обогащению биоактивными веществами, которые поддерживают функционирование живой микрофлоры рабочего реактора-стабилизатора. Эти полезные вещества вместе с надиловой водой подаются на начальную стадию обработки очищаемой воды.

По окончании процесса обработки осадка прекращают циркуляцию для его уплотнения и отделения надиловой воды.

На время обработки регенерируемого вспухшего ила и утилизируемой части осадка подачу сточных вод в каждый из реакторов, используемых для этого, перекрывают на необходимое для данных процессов время.

Иловая смесь задержанных органических загрязнений, избыточного ила и биологической пленки влажностью 98% в количестве 1200 м перерабатывается в течение 6 часов. Окончание процесса характеризуется минимальной величиной дегидрогеназной активности (ДАИ). После отстоя, в связи с высокой насыщенностью иловой смеси воздухом происходит ее всплытие и уплотнение, объем которой уменьшается втрое, а влажность при этом также снижается с 98% до 94%. Так как иловая вода имеет больший удельный вес, она хорошо отделяется через нижние выпуски и направляется в начальную стадию очистки загрязненной воды, а уплотненная обработанная иловая смесь в количестве 260 м³ поступает на дальнейшие стадии обезвоживания (центрифугирование, прессфильтрование).

Пример 1

В приемный резервуар насосной станции подается освобожденная от грубых механических загрязнений сточная вода в количестве 1000 м³ со степенью загрязнения:

БПК₂₀ 314 мг/л, ХПК 562 мг/л, взвешенные вещества 283 мг/л (таблица 1).

Далее сточные воды подаются насосами на стадию предварительной очистки, в ходе которой вода обрабатывается кавитацией низкой интенсивности с числом кавитации G=0,004. Стадию основной очистки осуществляют последовательно в три этапа, в трех автономных реакторах, где происходит сорбция и окисление в биоценозе активного ила, а также на биологической пленке, закрепленной на сетчатых носителях.

Каждый из этапов очистки отличается используемым биоценозом активного ила и биологической пленкой, закрепленной на сетчатых носителях.

Первый этап биологической очистки, проводимый в первом реакторе, характеризуется следующим видовым составом групп микроорганизмов: Achromobacter, Alcaligenes, Gordonia, Microtrix, Fusdarium, Aquaeductum, Bodo globosus. На втором этапе во втором реакторе к ним прибавляются следующие группы микроорганизмов: Sphaerotilus natans, Beggiatoa alba, Acinetobacter, Vorticella convallaria, Zoogloeo ramigera, Opercularia, Flavobacterium, Carchesium, Rotifera, Micrococcus, Bodo edax. В третьем реакторе к к используемым на двух предыдущих стадиях добавляются новые группы микроорганизмов типа Nitrobabacter, Geotrichum, Thiotrix, Pseudomanas, Nematosporangium, Epistylis, Philodina, Monostila, Nitrosomonas, Vorticella microstoma, и т.п.

Смешение активного ила с очищаемой водой в каждом из реакторе происходит последовательно в восходяще-нисходящем потоке, водоиловый поток сначала обтекает внешнюю зону реактора (его восходящую ветвь), а затем опускается вниз по центральной части реактора (нисходящая ветвь) и проходит через биологическую пленку закрепленную на сетчатых носителях.

В процессе обработки вода рециркулирует через каждый реактор дважды, при этом степень насыщения кислородом водоиловой смеси увеличивается по нарастающей т.е составляет 19, 20,5 и 21,5 мг/л.

Далее смесь сточной воды и вспухшего ила поступает в отстойники на стадию отделения очищенной воды и задержки вспухшего ила, а также доочистку, путем флокуляции с помощью биологически активной пленки и гравитационного осаждения, при этом степень насыщения водоиловой смеси кислородом воздуха снижается в первом отстойнике до 15,9 мг/л, а во втором до 13,9 мг/л. После прохождения первого отстойника количество взвешенных веществ в очищаемой воде остается 15-16 мг/л, вторая ступень обеспечивает содержание взвешенных веществ в очищаемой воде 2,8 мг/л. Очищенная вода с концентрацией загрязнений по БПК₂₀ - 3,2, по ХПК - 26 мг/л, выводится из устройства. Осевшая в нижней части отстойников иловая смесь разделяется. Часть, в количестве 10-15% постоянно подается на регенерацию в первый реактор, остальная часть - на обработку утилизируемого осадка в третий реактор. Степень очистки сточной воды соответствует основным показателям: БПК, ХПК, взвешенные вещества.

Регенерация вспухшего ила происходит в первом реакторе процессе двукратной рециркуляции при насыщении кислородом воздуха до концентрации чем 20,5 мг/л. и обработкой кавитацией низкой интенсивности с числом кавитации G=0,002. В процессе регенерации вспухший ил восстанавливает свою рабочую активность.

При обработке избыточной части ила, которая предназначена на утилизацию, производят его трехкратную рециркуляцию при аэрации до степени насыщения кислородом воздуха около 18,5 мг/л. Чередуют обработку кавитацией низкой (с числом кавитации G=0,001) и высокой интенсивности (с числом кавитации G=6,5) для его обеззараживания. Иловая смесь влажностью 98% в количестве 1200 м³ перерабатывается в течение 6 часов в третьем реакторе. Процесс ведут до достижения минимальной величины дегидрогеназной активности в иловой смеси. После отстоя в течение 4 ч происходит ее всплытие и уплотнение, объем которой уменьшается втрое, а влажность при этом также снижается с 98% до 94%. Иловая вода хорошо отделяется и направляется в начальную стадию очистки загрязненной воды, а уплотненная обработанная иловая смесь поступает на дальнейшие стадии обезвоживания (центрифугирование). Обработанный осадок не содержит патогенной микрофлоры, не имеет неприятного запаха, представляет собой рассыпчатую структуру. Содержание органических веществ составляет 61%, количество солей тяжелых металлов находятся в безопасном связанном природном состоянии в виде комплексонов.

Примеры 1-3 выполнения способа приведены в таблицах 1, 2. Таблица 1 иллюстрирует процесс очистки воды в реакторах и отстойниках, а таблица 2 является продолжением таблицы.1, в которой указаны параметры процесса, связанные с регенерацией вспухшего ила и утилизацией уловленного осадка.

Способ позволяет повысить степень очистки воды и увеличить степень безопасности уловленных загрязнений вплоть до использования уловленного илового осадка в качестве полезного продукта, а также снизить стоимость очищенной воды и утилизации осадка за счет замены воздуходувок, применяемых в аэротенках, насосоми, а также уменьшения санитарной зоны вокруг реакторов, т.к. отсутствуют вредные выбросы в атмосферу и снижается шумность.