Способ очистки воды от соединений азота и устройство для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК

3(51) С 02 F 3 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1Ю 1Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3461288/23-26 (22) 01.07.82 (46) 30.11.84. Бюл. Р 44 (72) И,A,Ñóõîðóêîâà, Ю.Т.Лошаков, Я.В.Дуда и М.П.Голубь (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод и

Северо-Кавказский государственный институт по проектированию водохозяйствейного и мелиоративного строительства (53) 628.356 (088.8) (56) 1. Патент CIA 9 3956129, кл. 210-189, опублик. 1979.

2.Патент. Великобритании 1Н400215, кл. С 1 С, опублик. 1975.

3. Патент CfdA 11 4209390, кл, 210«12, опублик. 1980.

4, Авторское свидетельство СССР

9 939406, кл. С 02 F 3/32, 1980.

„„Su„„1126546 А (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ СОЕДИ-

НЕНИЙ АЗОТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ.ЕГО ,ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ очистки воды от соединений азота, включающий культиви рование на подложке денитрифицирующих микроорганизмов в анаэробных условиях с использованием затравки с последующей биологической очисткой воды, указанными микроорганизмами в присутствии углеродсодержащего вещества, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса при высокой степени очистки; в качестве затравки для культивирования денитри4ицирующих микроорганизмов используют регенерированный ак- Е

C тивный ил после аэротенков станции биологической очистки сточных вод, а в качестве подложки и одновременно источника углеродсодержащего ве- С щества - стебли сухого тростника или камыша озерного, при этрм спо-, Я соб очистки осуществляют при скорости потока воды 20-40 мм/с. В®

1126546

2. Способ по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем/ что культивирование на подложке денитрифйцирую-: 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. в местах расположения секций выполнено с уклоном, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения процесса при высокой степени очистки, загрузка выполнена в виде установленных перпендикулярИзобретение относится к охране окружающей среДы, в частности водных объектов от поступления остатков азотсодержащих минеральных удобре. ний, содердащихся в возвратных во- 5 дах от: орошения сельскохозяйственных угодий.

Известен способ извлечения соединений азота из хозяйственно-быто вых сточных вод — основного источ- )9 ника поступления соединений азота в водные объекты, основанный на процессе денитрификации под повышенным давлением и использовании в качестве источника углерода крахмала, 15 глюкозы или метанола.

Биологическая пленка, обеспечивающая денитрификацию, образуется на частицах активированного угля, размер частиц 0,2 — 3,3 мм (1) .

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 приведет к отчуждению плодородных земель и увеличению эксплуатациойных расходов. 35

Известно устройство очистки сточных вод в колоидном состоянии, где используется конструкция закрытого резервуара, в котором поддерживается аэробный режим. В известном устрой- 4О стве предусмотрен вводный патрубок для подачи кислорода. Резервуар зайО оси потока пакетов из сухого тростника или камыша озерногб, закрепленных в пучках, при этом пучки в пакете располагают слоями и в каж" дом иэ слоев пучки уложены по отношению к пучкам соседнего слоя под углом; а оси пучков перпендикулярны оси потока.

4. Устройство по и. 3, о т л ич а ю щ е Ь с я тем, что пучки уложены по отношению к пучкам.соседнего слоя под углом не более

45, 5. Устройство по и. 3 и 4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,каждый иэ пакетов покрыт металлической сеткой. полнен пакетами с загрузочным материалом, который представляет собой 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 C (3) .

Указанный способ предназначен для очистки промышленных сточных вод с содержанйем нитратного азота до

10 г/л, т.е. в 1000 раэ выше содержания азота в возвратных водах от орошения, и требует наличия системы очистных сооружений и устройств, что приводит к усложненио 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

1126546

10

65 и,фосфора, содержащее канал с сек, циями загрузки с фотосинтезирующими 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, установленных на стенках и днище канала, на поверхности которых культивированы фото,синтезирующие организмы. Пластины выполнены волнообразными с шероховатой поверхностью (4j .

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

Цель изобретения — упрощение процесса при высокой степени очистки.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу очистки воды от соединений азота, включающему .культивирование на подложке денитрифицирующих микроорганизмов в анаэробных условиях с использованием затравки с последующей биологической очисткой воды указанными микроорга- . низмами в присутствии углеродсодержащего вещества, в качестве затравки для культивирования денитрифици- . рующих 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 ниде 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 озер. ного, закрепленных в пучках, при этом пучки н пакете располагают слоями.и в каждом иэ слоев пучки уложены по отношению к пучкам со- . седнего слоя под углом, а осй пучков перпендикулярны 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 регенерированно о активного ила после аэротенков станции биологической очистки сточных нод позволяет при сохранении высокой степени очистки возвратных вод исключить сложный процесс предварительной селекции денитрификации и обеспечивает более простое культивирование смещенной культуры денитрифицирующих бактериф, обладающих высокой биохимической активностью и менее прихотливых к источнику питания по сравнению с использованными в прототипе.

Использование в качестве подложки и одновременно источника углеродсодержащего вещества стеблей сухого тростника или камыша озерного исключает необходимость добавок углерода и микроэлементов, упрощает процесс биологической очистки,в целом вследствие широкой доступности, дешевизны и простоты эксплуатации такого природного материала.

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

Выполнение загрузки в виде установленных перпендикулярно оси потока пакетов из сухого тростника или камыша озерного, закрепленных в пучках, обеспечивает значительное упрощение конструкции устройства при высокой степени биологической очистки и минимальных эксплуатационных и капитальных затратах, Вследствие того, что пучки в па; кете расположены слоями и в каждом из слоев пучки уложены по отношению к пучкам соседнего слоя под углом не более 45, а оси пучков перпенди-кулярны оси потока, обеспечивается оптимальный режим процесса денитрификации в анаэробных условиях без применения сложных конструктивных элементов, а также хорошая проточность обрабатываемой воды.через загрузку.

Поскольку каждый из пакетов покрыт металлической сеткой, обеспечивается упрощение процесса очистки вследствие упрощения изъятия пакетов иэ устройства для замены ия новыми, а также более компактная укладка и износоустойчивость. . На фиг.1 изображено устройство для очистки воды от соединений азота, вид в плане; на фиг.2 — разрез .

A-A на фиг.1, на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — пакет с выры1126546.вом по слоям; на фиг.5 — разрез В-В. на фиг.4.

Устройство для очистки 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 илн камыша озерного с микроорганизмами и, приемную ка-. меру 5 со щитом 6. Днище 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 слоями 9 — 12, а в каждом из соседних слоев пучки 8 уложены по отношению друг к другу под углом, причем оси пучков 8 расположены перпендикулярно .сои 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 гбризонтально располо женные дополнительные пакеты 14 загрузки, которые выполнены аналогично пакетам 4.

T".àæäûé иэ пакетов 4 и дополни. тельные пакеты 14 покрыты сеткой 15, например металлической или пластмассовой.

Пакеты 4 и дополнительные пакеты 14 перпендикулярно помещают в емкости 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 стеб лей тростника.

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

Возвратные воды от орошения по каналу 1 через щит б поступают в секции 2 и 3 с пакетами 4 загрузки.

Проходя по секциям через перпендикулярно установленные лакеты 4 загрузки, возвратные воды контактируют с денитрифицирующими микроорганизмами, которые предварительно культивируют на подложке из сухого тростника или камыша озерного в те. чение 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 денитрифицирующих микроорганизмов до газообраэного молекулярного1 безвредного для жи- вых организмов.

Щитами б и 16 регулируют равномерное распределение потока очищае-, 5

10! мой воды и установление оптимальнойскорости прохождения потока 2040 мм/с. При указанной скорости длина сооружения составляет 72 м. Длина сооружения может быть уменьшена вследствие последовательно подключенных ступеней (10 секций). При этом эффективность сооружения до-, стигает 97-100%.

После прохождения возвратных вод через денитрификационную загрузку в них быстро восстанавливается нормальное содержание растворенного кислорода, после чего возвратный сток может сбрасываться в водный объект, не создавая опасности гигие— ническим, рыбохоэяйственным и экологическим условиям.

Пример 1. Экспериментальная установка в лабораторйых условиях для проверки осуществления способа работает на искусственно имитированных по составу возвратных водах от орошения, а также с нату. ральными возвратными водами раэлич»" ных 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 высушенЗ0 ный тростник, камыш озерный, солому, измельченные кусочки различных йород деревьев. Процесс формирования биологической пленки в более короткие сроки проходит на камыше

35 озерном. Кроме того, камыш- озерный обладает хорошими механическими свойствами и длительное время (б-

7 мес) хорошо сохраняет фильтрующие свойства. Поэтому .в качестве за40 грузочного материала, в основном, используют камыш озерный, который является одновременно материалом, на котором формируется денитрифицирующая биологическая пленка, и ис45 точником углерода при анаэробном распаде собственно целлюлозы и гемицеллюлозы его опорной ткани.

В качестве затравки, служащей культурой денитрифицирующих микроорганизмов для формирования биоло-, гической пленки, используют регенерированный активный ил после аэротенков очистных сооружений биологической очистки сточных бытовых вод.

Созревание биологической пленки про-исходит в течение 7-14 сут.

Путем изменения скоростей протекания жидкости через цилиндр и времени контакта жидкости с загрузочными материалами определяют эффек60 тивность работы установки и отрабатывают технический регламент. Лабораторная установка состоит иэ нескольких цилиндров (5-6), позволяющих дублировать эксперимент. Опыт проводят при скорости 20 мм/с, При

112654á этой скорости

1ОО— вод проходит хо очистка возвратных хорошо и достигает

1.чпе

%-ного они жения азота уже через . ч пребывания исследуемой во ы экспериментальной установке. воды а

Пример 2. Исследуемы идентичны по едуемые воды водами о осит по составу с возвратным и ку прово р тельных систем. Обрабб . дят аналогично примеру 1, т но при скорости протекания очищае- йие со е мой воды в пределах 30 мм/с. Снижеодержания азота через 1 ч о -. тавляет 90-95%. С ч оос-. увеличением времени пребывания очищаемой воды в устройстве эффект очистки составляет 97-100%. ку иссле

Пример 3. Tl ово р дят обработсоставу с в ледуемой воды, идентичн и озвратными водами ороси-. о но тельных систем рам 1 и 2 аналогично приме1 нри скорости протекания очищаемой воды по устрой ству че е

/с.,Снижение содержани р э 1 ч составляет б0%. С в ия азота чением времени п увелнни пребывания очищаемой воды в устройстве эффект очистки составляет 60-70%. . Техни ность хнико-экономическая ф э чективпредлагаемого способ нению с п о а по сравпрототипом обеспечиваетс тем, что он мо ся дешевыми легк ожет быть реализован одоступными материалами, не т еб р ует сложных процессов, их специальной подгот дорогостоящего промышленн овки, а также дования и мышленного оборуколлекто я и может быть применен рах оросительных сист на ем, что в итоге об беспеЧивает высокоэфф тивную очистк в еку возвратных вод.орошения при минимальных капиталь .затратах на ее е альных ее реализацию и без сниния высокого качеств

5 требуемых ва очистки до ном снижении нормативов п и о р дновремении нитратного азота ка и в способе-прототип как

97 1 экономические преимуТекнико-эк сравнению с щества предлагаемого устройств ва по известным заключаются ст в простоте выполнения я основных конг з руктивных элементов ру ки}, дешевизне и дост пакетов за-,.

15 териала дл я их изготовления — сухого тростника или камыша озе но

ПОЗВОЛЯЮЩЕГО ИС

-введения в техн ь би исключить необходимост алогический процесс иологической очистки о

20 материалов тки дополнительзации денит и н для питания и оптнмир Ф цирующей активности микроорганизмов.

Предлагаемый способ высить со позволяет поь степень извлечения из возвратных вод орошения при ме;. ьших капитальных на строительство и и е О затратах эвт.рофир ировани и предотвратить этих вод, е объектов-приемнико ов

30 мог т

Предлагаемые способ и уст и устройство айо у быть использованы н р нах орошаемого земл но всех этом обеспечивается и еделия п и ф P ся прОстота. Эксплуа35

1126546

Я,Ф

Фиг.5

Составитель Г.Лебедева

Редактор Ю.Ковач Техред Т. Фанта Корректор И.Эрдейи

Заказ 8628/17 Тираж 866 Подпи сиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 в-в

° ° ° ° ° ° ° °

Ю

11