способ биологической очистки сточных вод

Формула изобретения

Способ биологической очистки сточных вод при их аэрации, включающий сорбцию и окисление в биоценозе активного ила, в качестве которого используют его вспухшую форму, при перемешивании сточных вод и вспухшего ила, подаваемых по противоточной схеме, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила путем его флокуляции с помощью биологической пленки и гравитационного осаждения, возврат вспухшего ила на стадию аэрации в турбулентном режиме, отличающийся тем, что проводят предварительную аэрацию сточных вод до степени насыщения кислородом воздуха не менее 10,2 мг/л, сорбцию и окисление ведут в восходящее - нисходящем потоке при не менее чем двукратном циклическом изменении давления на вспухший ил от 0,1 до 0,01 МПа, что достигается при высоте слоя очищаемой воды не менее 10 м за счет принудительной подачи водоиловой смеси из отдельного седиментатора, в котором осуществляют задержку вспухшего ила и отделение очищенной воды в нисходяще-восходящем потоке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод.

Известен способ биологической очистки сточных вод, включающий биологическую сорбцию и окисление в биоценозе активного, в том числе вспухшего ила, путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила с помощью биологической пленки и гравитационного осаждения, возврат отделенного от очищенной воды вспухшего ила на стадию аэрации для повторного его использования в качестве активного ила [см. а.с. СССР № 1551660, С02F 3/12, опубл. 23.03.1990]. При этом отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила ведут путем двух или многократных последовательных процессов осаждения частиц вспухшего ила.

К недостаткам данного способа относится то, что хотя он позволяет использовать вспухший ил, обладающий высокой окислительной способностью и образующийся в процессе очистки сточных вод, доля вспухшего ила в общей доле используемого ила остается малой, а процесс поддержания работоспособности вспухшего ила является неуправляемым.

Наиболее близким к предлагаемому является способ биологической очистки сточных вод, включающий сорбцию и окисление в биоценозе активного ила путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила путем флокуляции с помощью биологически активной пленки и гравитационного осаждения, возврат активного ила на стадию аэрации [см. патент России № 2146231, С02F 3/34, С12N 1/00, 1/20, 13/00, опубл. 10.03.2000].

Для осуществления способа требуется сложное и достаточно громоздкое оборудование, содержащее как зону сорбции и окисления, так и зону флокуляции и осаждения. Кроме того, процесс сорбции и окисления происходит по противоточной схеме сначала в движущемся по спирали восходящем потоке, обеспечивающем полное перемешивание как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. В ряде случаев при больших степенях загрязненности воды и больших ее объемах устройства для очистки воды по данному способу занимают большие городские площади. Кроме того, данные устройства согласно санитарным нормам должны быть отдалены от жилых кварталов на значительные расстояния, что увеличивает требуемые площади, занимаемые под оборудование по очистке воды. Все эти факторы приводят к значительному увеличению стоимости очистки сточной воды.

Задачей создания настоящего технического решения и его техническим результатом является снижение стоимости очистки воды за счет уменьшения сложности используемого оборудования, уменьшения необходимых для очистки воды городских площадей операций при улучшении качества очистки воды.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе биологической очистки сточных вод, включающем сорбцию и окисление в биоценозе активного ила, в качестве которого используют его «вспухшую» форму, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила путем его флокуляции с помощью биологической пленки и гравитационного осаждения, возврат вспухшего ила на стадию аэрации в турбулентном режиме, имеются отличия, а именно проводят предварительную аэрацию сточных вод до степени насыщения кислородом воздуха не менее 10,2 мл/л, сорбцию и окисление загрязнений в биоценозе вспухшего ила ведут при перемешивании сточных вод и вспухшего ила, подаваемых по противоточной схеме в восходяще-нисходящем потоке при не менее чем двукратном циклическом изменении давления на вспухший ил от 0,1 до 0,01 МПа, что достигается при высоте слоя очищаемой воды не менее 10 м, а задержку вспухшего ила и отделение очищенной воды ведут в отдельном устройстве - седиментаторе в нисходяще-восходящем потоке движущейся воды.

Предлагаемый способ позволяет снизить стоимость очистки сточных вод вследствие сокращения площадей, занимаемых очистным оборудованием за счет использования высотной схемы комплекса по очистке сточных вод, включающего биореакторы и седиментаторы, снижения сложности используемого оборудования. Способ одновременно позволяет улучшить качество очистки воды.

Проводимая аэрация сточной воды и активного ила при циклическом изменении давления не менее чем дважды от 0,1 до 0,01 МПа при его обработке позволяет более эффективно поддерживать сорбционную и окислительную способность вспухшего ила, обладающего лучшими окислительными свойствами в экстремальных условиях, что в сочетании с используемыми плоскостными модулями с загрузкой, покрытой биологической пленкой в седиментаторе, повышает эффективность очистки воды.

Способ осуществляется следующим образом.

При пуске биореактора формируют биоценоз вспухшего ила.

В биореактор подается освобожденная от грубых механических загрязнений сточная вода, здесь она предварительно аэрируется до возможного предела ее насыщения кислородом воздуха не менее 10,2 мг/л.

Высота слоя очищаемой воды в биореакторе не должна быть менее 10 м. На начальной стадии пуска биореактора происходит сорбция и окисление загрязнений в биоценозе активного ила, в результате чего частицы вспухшего ила теряют свою окислительную и сорбционную способность. Смесь очищенной воды и отработанного вспухшего ила удаляют из биореактора и подают в отдельное устройство - седиментатор, содержащее несколько слоев биологической пленки, закрепленной на плоских модулях в нисходяще-восходящем потоке. Под воздействием разноименных зарядов биопленки и отработанного вспухшего ила происходит контакт и образование флоккул, которые под воздействием собственного веса осаждаются в нижнюю часть устройства - седиментатора.

При подаче свежих порций очищаемой сточной воды в биореактор, в него же подают по противоточной схеме отобранный из седиментатора вспухший ил в заданной концентрации (0,2-0,3 мг/л). В процессе перекачки флоккулы вспухшего ила в результате турбулентного режима движения в потоке разрушаются, и вспухший ил приобретает первоначальную хлопьевидную форму, одновременно подавляется рост иных микроорганизмов, не участвующих в процессе окисления и сорбирования.

Смесь вспухшего ила и очищенной воды подается в биореактор в его нижнюю часть и смешивается со сточной водой, подаваемой в верхнюю часть биореактора. Далее, вспухший ил поднимается в верхнюю часть биореактора в восходящей ветви потока и затем опускается вновь в его нижнюю часть, при этом давление, действующее на частицы биоценоза вспухшего ила, применяется от 0,1 МПа в нижней части биореактора до 0,01 МПа в верхней и вновь повышается до 0,1 МПа в нижней. Число циклов изменения давления, под действием которого находятся частицы биоценоза, должно быть от двух и более. Этим обеспечивается восстановление сорбционной и окислительной способности биоценоза вспухшего ила, т.е. его регенерация. Данных изменений величин давлений можно достичь при высоте слоя очищаемой сточной воды не менее 10 м. После седиментатора, при необходимости, осветленная вода может поступать на обеззараживание, а затем на выпуск. Из седиментатора часть смеси вспухшего ила с водой возвращается на стадию аэрации.

Пример 1

Для очистки сточных вод в количестве 300 м ³/сутки используется высотная схема биореакторов и седиментаторов общей высотой 10,5 метра. Количество загрязнений в поступающей на очистку сточной воды по БПК₂o (биологическая потребность кислорода в двадцати суточной пробе) составляет 314 мг/л. Перед подачей в приемный резервуар очищаемая вода проходит процесс механической очистки. Первая ступень очистки сточной воды заключается в ее насыщении кислородом воздуха до 10,2 мг/л, затем принудительно из седиментаторов подается водо-иловая смесь с концентрацией ила 0,2 г/л в биореактор восходяще-нисходящим потоком, позволяющим изменить давление на рабочий активный ил в пределах от 0,1 МПа до 0,01 МПа. Этот процесс осуществляют дважды. При этом доза рабочего ила в аэротенке составляет 0,9 г/л. После прохождения заданных циклов изменения давления на обрабатываемый активный ил очищаемая сточная вода с активным илом поступает в седиментатор для их разделения, при этом иловая смесь движется в седиментаторе в нисходяще-восходящем потоке через слои биологической пленки, закрепленной на плоских модулях. Вспухший ил и биологическая пленка, обладая разноименными зарядами, образуют из подвижной среды активного ила флоккулы, которые увеличиваясь в размерах становятся тяжелее очищаемой воды и оседают в коническую часть седиментатора. Так как процесс осаждения происходит постоянно, по этой же схеме осуществляется откачка задержанного активного ила в биореактор. Перекачку вспухшего ила осуществляют в турбулентном режиме, поэтому флоккулы ила разрушаются, приобретая первоначальную хлопьеобразную форму, которая необходима для процессов сорбции загрязнений в биореакторе. Осветленная вода из седиментаторов направляется на дальнейшую обработку, а задержанный ил периодически удаляется, степень очистки воды составит по БПК ₅ - 30 мг/л. Из седиментатора часть смеси вспухшего ила с водой возвращается на стадию аэрации.

В примерах 2-4 способ осуществляют аналогично изложенному в примере 1, но значение параметров отличны и приведены в таблице, иллюстрируют влияние на степень очистки воды.

№	Исх. загр. БПК20 , мг/л	Высота слоя очищаемой воды, м	Количество циклов в биореакторе	Количество циклов в седиментаторе	Суточная нагрузка, м3/м2	Насыщение кислородом воздуха, мг/л	Периодичность выгрузки ила, сут	Степень очистки по БПК20, мг/л
1	2	3	4	5	6	7	8	10
1	314	10	2	1	4	10,2	10	30
2	314	12	2	2	8	10,7	15	20
3	314	15	3	3	12	11,1	22	8
4	314	18	4	4	16	12,4	30	3

Предлагаемый способ позволяет уменьшить стоимость очистки воды по сравнению с прототипом в 1,5-2 раза за счет уменьшения площадей, занимаемых очистными сооружениями, в 3-4 раза, упрощения используемого оборудования, а также улучшить степень очистки воды.