Способ глубокой очистки сточных вод и устройство для его осуществления

 

Способ используется для глубокой очистки сточных вод, содержащих большое количество органических загрязнений и взвешенных частиц, например бытовых, канализационных вод, сточных вод молокозаводов и других предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности. Сущность изобретения: способ включает стадии биофильтрации с последующими аэрацией и отстаиванием, причем начальную биоочистку осуществляют биофильтрацией через многослойную газгрузку с иммобилизованными микроорганизмами с последующей очисткой в нижнерасположенных зонах, при этом одновременно осуществляются процессы нитрификации-денитрификации и отстаивания сточных вод, после чего проводят физико-химическую доочистку биологически очищенных сточных вод их фильтрацией через многослойный фильтр, включающий слой торфа, в некоторых случаях модифицированного полимерным катионом, слой цеолита, в некоторых случаях модифицированного полимерным катионом, слой торфоцеолитовой смеси и слой цеолита. Любой материал фильтрующих слоев может быть модифицирован полимерным катионом. Изобретение также включает устройство для осуществления предлагаемого способа биохимической очистки, включающее корпус с биофильтром, размещенную под ним зону аэрации, отделенную вертикальной перегородкой от зоны отстаивания, причем биофильтр загружен не менее, чем двумя слоями насадок с высокоразвитой поверхностью и высокой пористостью, увеличивающейся сверху вниз по ходу движения воды, зона аэрации снабжена пневмоаэраторами и эрлифтом-аэратором, заполнена насадкой, в корпусе имеются такие зоны денитрификации и дегазации, которые герметично перекрыты крышкой. Способ обеспечивает высокоэффективную очистку сточных вод в компактном устройстве. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к глубокой очистке сточных вод, в частности к очистке сточных вод пищевых производств, например молокозаводов. Изобретение также включает устройство для осуществления предлагаемого способа.

Проблемы глубокой очистки сточных вод имеют большое экологическое значение. Общепринятым способом очистки сточных вод от механических загрязнений является введение коагулянтов (флокулянтов) с последующей фильтрацией через слой сорбента, который удерживает не только механические загрязнения, но может поглощать и часть вредных растворенных в воде примесей.

Известен состав для очистки сточных вод от взвешенных веществ, состоящий из полиакриламида, катионного полиэлектролита и хлоридов двух- и трехвалентного железа, алюминия, калия, натрия, кальция и магния. Такой состав позволяет обеспечить очистку воды от тонкодисперсных частиц.

Известен способ очистки сточных вод, в котором для флокуляции коллоидных твердых частиц, содержащихся в потоке, поступающем в первичный осветлитель, используют высокомолекулярный флокулянт, вырабатываемый микроорганизмами, находящимися в аэротенке с высоким содержанием питательных веществ. В этот тенк сливается верхний осветленный слой из первичного осветлителя.

Известно применение ионнообменного цеолита в натриевой форме совместно с мелкодисперсным гидроксидом кальция для очистки или поддержания чистоты стоячих, подвижных и/или умеренно проточных вод, например садовых прудов, плавательных бассейнов, аквариумов.

Использование известного состава позволяет предотвратить рост водорослей в водоемах.

Известен способ очистки сточных вод от взвешенных частиц, в котором вода контактирует с цеолитизированным туфом в присутствии катионного полиэлектролита-полимера на основе диаллилдиалкиламмоний галогенида или фосфата при массовом отношении туф полимер, равном 1:(0,0001-0,01).

Однако этот способ имеет ограниченное применение и непригоден для глубокой очистки сточных вод, так как с его помощью удаляются только взвешенные частицы.

Введение торфа в композицию на основе цеолита, модифицированного сополимером на основе четвертичных солей диаллилдиалкиламмония, позволяет повысить степень очистки сточных вод, особенно горноперерабатывающих предприятий, за счет удаления значительной части катионов тяжелых металлов и галогенидов.

Значительная часть сточных вод, помимо взвешенных частиц, содержит также растворенные в ней органические и минеральные вещества. К таким сточным водам относятся бытовые канализационные воды, сточные воды пищевых производств, в частности молокозаводов, а также сточные воды деревопереpабатывающих производств, в частности бумагоделательных. Глубокая очистка таких сточных вод требует сложных установок, включающих как очистку от механических примесей, так и разложение и очистку от органических примесей.

Известен, например, способ очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства с помощью анаэробного процесса ТАМАН, разработанного и внедренного финским акционерным обществом "Тампелла". Этот процесс включает частичную очистку вод окорочного цеха в аэрированном пруду. Сточные воды из цеха механической массы и с бумагоделательных машин очищаются в анаэробных реакторах после предварительной обработки. Очищенная в анаэробных реакторах сточная вода направляется в аэрированный пруд. Предварительная обработка сточных вод перед анаэробным процессом включает в себя регулирование рН и подачу питательных солей. Анаэробный процесс включает двухступенчатое образование кислот и метановое брожение, образующийся при этом бигаз направляют в котел на сжигание. Удаление взвешенных веществ осуществляют в отстойниках с последующим фильтрованием. Недостатком этого способа является его громоздкость.

Известно устройство для биохимической очистки сточных вод, содержащее насос, линию нагнетания с гидродинамическим излучателем акустических колебаний в качестве источника получения водовоздушной тонкодисперсной смеси для аэрации сточных вод, подключенным трубопроводом к аэротенку отстойнику с установленным в нем по оси эрлифтом-активатором и касетированной насадкой с иммобилизованными на ней микроорганизмами. Недостатком этого устройства является необходимость значительной циркуляции очищенных сточных вод, перекачиваемых в линию нагнетания с гидродинамическим излучателем, что ведет к завышению объема отстойника.

Известно также устройство для биохимической очистки сточных вод, содержащее корпус, в котором загрузочный материал помещен слоями. Один или несколько слоев образуют камеры очистки. Загрузочный материал для слоев и камер выбирают однородным. Между камерами размещены распределители очищаемых сточных вод дырчатого, лоткового типа в виде засыпной или плоской загрузки с размерами фракций ⊘ 15-50 мм и высотой равной 2-5 размерами фракции. Недостатком этого сооружения является необходимость рециркуляции сточных вод с целью разбавления поступающих на очистку стоков.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для биохимической очистки сточных вод, содержащее цилиндроконический корпус, разделенный перегородками на камеры аэрации и отстаивания, биофильтр, камеру смешения, циркуляционный насос и технологические трубопроводы. Устройство снабжено размещенным под биофильтром поддоном с центральным отверстием, установленным под ним, подающей трубой с вихревой воронкой, а также воздушными колпаками, размещенными в камере аэрации. Недостатком устройства является значительные энергозатраты на рециркуляцию очищенных сточных вод для разбавления поступающих на очистку стоков, что увеличивает габариты зоны отстаивания, необходимость большого заглубления для обеспечения самопроизвольного сползания смытой с загрузки биопленки к иловой трубе, недостаточная эффективность аэрации в зоне стабилизации.

Цель предлагаемого изобретения разработка компактного и высокоэффективного способа глубокой очистки сточных вод, содержащих большое количество органических примесей, в частности бытовых канализационных вод и сточных вод пищевых производств.

Еще одна цель изобретения разработка устройства для осуществления способа.

Поставленная цель достигается с помощью способа глубокой очистки сточных вод, включающего биофильтрацию с последующей аэрацией и отстаиванием и дополнительную физико-химическую доочистку на аэрофильтре, биотенке, отстойнике и фильтрах. Для этого начальную очистку осуществляют биофильтрацией через многослойную загрузку с различными конструктивными параметрами, на стадии аэрации используют загрузку с иммобилизованными микроорганизмами, при этом одновременно осуществляются процессы нитрификации-денитри- фикации и отставания очищенных сточных вод, после чего проводят физико-химическую доочистку биологически очищенных сточных вод путем их фильтрации через многослойные фильтры, включающие слои торфа, модифицированного полимерным катионом, торфоцеолитовой смеси, модифицированной полимерным катионом и модифицированного и/или немодифицированного цеолита.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит корпус с биофильтром, размещенную под ним зону аэрации, отделенную вертикальной перегородкой от зоны отстаивания, биофильтр загружен не менее, чем двумя слоями насадок с высокоразвитой поверхностью и высокой пористостью, которая увеличивается сверху вниз, зона аэрации снабжена пневмоаэраторами и эрлифтом-аэратором и заполнена насадкой, в корпусе также имеются зоны денитрификации и дегазации, которые герметично перекрыты крышкой.

На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ. Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, разделенного на отсеки 2, 3 и 4. Нижняя часть корпуса 1 погружена в емкости 5. Отсеки 2 и 4 заполнены насадкой в виде колец и отделены от отсека 3 поддерживающими решетками. Отсек 3 заполнен вертикально установленными пластмассовыми трубами и отделен от отсека 4 решеткой 6. Жидкость, выходящая из отсека 3, направляется в центральную часть отсека 4 конфузором 7. В центральной части отсека 4 установлен эрлифт-аэратор 8, через который осуществляют рециркуляцию активного ила по трубопроводу 9. Под нижней поддерживающей решеткой смонтированы аэраторы 10.

Емкость 5 разделена на зоны: дегазации 11, отстаивания 12 и денитрификации 13. Камеры дегазации и денитрификации емкости 5 сверху закрыты герметичной крышкой 14. Камера денитрификации 13 снабжена переливом 15.1, который регулирует циркулирующий поток иловой смеси из отсека 4 вертикально установленными между поддерживающими решетками пластмассовыми трубами 16 и донной щелью 17. Камера дегазации 11 снабжена переливом 15.2, и в ее центральной и донной частях имеются щели для разделения потоков.

Камера отставания 12 состоит из отстойной зоны, в которой смонтированы тонкослойные модули 18 и сборный лоток осветленной воды 19, и конического днища 20, из которого отводится активный ил по трубопроводу 9 в отсек 4. Избыток активного ила удаляют по трубопроводам с задвижкой 21.

Осветленную воду после биохимической очистки направляют на многослойный фильтр для глубокой физико-химической доочистки. Конструктивно этот фильтр может быть выполнен одно- или двухкаскадным в зависимости от требований к качеству доочищенной воды, габаритов, установок и пр. На чертеже представлен один из вариантов с использованием двухкаскадного фильтра 22 и 23.

Первый каскад 22 представляет собой трехслойный фильтр, первый слой 24 состоит из необязательно модифицированного торфа, второй слой 25 из торфа модифицированного полимерным катионом торфоцеолитовой смеси, а третий слой 26 из модифицированного цеолита. Второй каскад 23 представляет собой двухслойный фильтр, первый снизу слой 27 состоит из модифицированного цеолита, а второй слой 28 из немодифицированного цеолита. Воду после физико-химической глубокой доочистки выводят по трубопроводу 29.

Способ глубокой очистки сточных вод осуществляют в предлагаемом устройстве следующим образом.

Сточные воды с предварительно удаленными крупными механическими загрязнениями подаются в корпус 1, где они равномерно распределяются по поверхности отсека 2, загруженного насадкой с высокоразвитой поверхностью и высокой пористостью (удельная поверхность и пористость не нее 100 м²/м³ и 70% соответственно), где удаляется основная часть (масса) легко- и среднеокисляемых органических загрязнений.

Дальнейшее окисление органических загрязнений (до 60% их начального количества) осуществляется в незаиливаемой высокопористой (пористость не менее 80%) загрузке отсека 3. Аэрация загрузок отсеков 2 и 3 осуществляется воздухом, поступающим из отсека 4 благодаря герметичной крышке 14, перекрывающей зоны дегазации 11 и денитрификации 13, что также обеспечивает незамерзаемость насадок отсеков 2 и 3 в зимний период.

Предварительно очищенные в отсеках 2 и 3 концентрированные сточные воды конфузором 7 подаются для окончательной очистки и нитрификации в центральную зону отсека 4, где они смешиваются с циркулирующим потоком, создаваемым эрлифтным аэратором 8, и фильтруются через слой инертной насадки в виде колец с высокоразвитой пористостью (не менее 100 м²/м³ и 70% соответственно) и занимающей не менее 50% объема отсека 4. Количество закрепленной на насадке биопленки вместе с плавающими микроорганизмами в 2-3 раза превышают аналогичные показатели систем со свободно плавающим активным илом, что во столько же раз ускоряет процесс очистки, одновременно обеспечивая закрепление на насадке микроорганизмов-нитрификаторов.

Аэрация объема отсека 4 с насадкой осуществляется пневмоаэраторами 10 и эрлифтным аэратором 8 в противоточном режиме.

Подвижным водосливом 15.2 регулируется величина циркулирующего потока, поступающего в зону дегазации 11, часть которого поступает в зону отстаивания 12 с тонкослойным модулем 18, и после осветления собирается лотком 19 и направляется на доочистку. Осевший в коническом днище 20 отстойника 12 активный ил частично по трубопроводу 9 возвращается в биотенк, частично по трубопроводу 21 удаляется на переработку и сушку (на чертеже не показано).

Подвижным водосливом 10.1 регулируется величина циркулирующего потока, поступающего в зону денитрификации 13, не менее чем на 50% заполненную незаиливаемой высокопористой (пористостью не менее 80%) насадкой, на которой закрепляются микроорганизмы-денитрификаторы, восстанавливающие в бескислородных условиях окисленные формы азота нитриты и нитраты.

Возврат иловой смеси в отсек 4 из зоны дегазации 11 и денитрификации 13 осуществляется через донную щель 17.

После биохимической очистки воду со сборного лотка 19 направляют в двухкаскадный многослойный фильтр 22, 23. Через первый каскад вода проходит самотеком сверху вниз сначала через первый слой 24, состоящий из необязательно модифицированного торфа, затем через второй слой 25, состоящий из модифицированного полимерным катионом торфоцеолитовой смеси, и третий слой 26, состоящий из модифицированного цеолита. Воду через второй каскад 23 пропускают снизу вверх сначала через слой 27, состоящий из модифицированного цеолита, затем через слой 28, состоящий из немодифицированного цеолита. Между каскадами 22 и 23 предусмотрен вентиль 30 для сброса очищенной воды в том случае, если нужная глубина очистки будет достигнута при проходе только через первый каскад. Количество фильтрующих поверхностей и их качественная характеристика может быть изменена в зависимости от характеристики поступающей на доочистку воды.

Изобретение иллюстрируется приводимыми в таблице примерами, которые показывают, как оно может быть осуществлено на практике, но не ограничивают его.

П р и м е р 1. На глубокую биологическую очистку направлялись сточные воды молокоперерабатывающего завода с БПКп до 3060, ХПК до 3750 и содержанием взвешенных частиц до 1650 мг/л. После биологической очистки по предлагаемому способу перечень остаточных загрязнений в мг/л после отстаивания в течение 1,5 ч составил: взвешенные вещества 12,0; ХПК 65,0 и БПКп 15.

После пропускания этих вод через многослойный фильтр для глубокой физико-химической доочистки, состоящий из слоев торфа, цеолита, торфоцеолитовой смеси, содержащего 80% торфа и 20% цеолита, модифицированного 0,1%-ным раствором поли-N,N-диаллил-N,N-диметиламмоний хлорида, и два слоя цеолита, получают очищенную воду со следующими показателями: взвешенные вещества 0,5; ХПК 10,0 и БПКп 5,0 мг/л.

П р и м е р 2. Осуществляется по методике примера 1, но многослойный фильтр состоит из немодифицированных слоев.

П р и м е р ы 3-8. Осуществляются по методике примера 1, но вместо многослойного фильтра для глубокой физико-химической доочистки используют однослойный, меняя каждый раз материал фильтра. Полученные результаты для каждого фильтра приведены в таблице.

Таким образом, из приведенных в таблице данных можно видеть, что использование любого из фильтрующих материалов в отдельности не обеспечивает глубокой доочистки сточных вод, а даже несколько ухудшает показатели стоков, однако применение органической составляющей фильтра в указанной в примере 1 последовательности слоев позволяет получить практически чистые стоки.

Предлагаемые способ и устройство позволяют осуществлять более компактным и высокоэффективным способом глубокую очистку сточных вод, содержащих большое количество органических примесей.

Формула изобретения

Способ глубокой очистки сточных вод, содержащих большое количество органических загрязнений, включающий биофильтрацию с последующей аэрацией и отстаиванием, отличающийся тем, что начальную биоочистку осуществляют биофильтрацией через многослойную загрузку, последующую аэрацию осуществляют с иммобилизованными микроорганизмами, при этом одновременно осуществляют процессы нитрификации-денитрификации и отстаивания очищенных сточных вод, после чего проводят физико-химическую доочистку биологически очищенных сточных вод путем их фильтрации через одно-двухкаскадный многослойный фильтр, включающий слой торфа, в отдельных случаях модифицированного полимерным катионом, слой торфоцеолитовой смеси, также в отдельных случаях модифицированной полимерным катионом, и слой модифицированного и/или немодифицированного цеолита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного катиона используют полидиаллилдиметиламмоний хлорид.

3. Устройство для глубокой очистки сточных вод, содержащее корпус с биофильтром, размещенную под ним зону аэрации, отделенную вертикальной перегородкой от зоны отстаивания, отличающееся тем, что биофильтр загружен не менее чем двумя слоями насадок с высокоразвитой поверхностью и высокой пористостью, которая увеличивается сверху вниз, зона аэрации снабжена пневмоаэраторами и эрлифтом-аэратором и заполнена насадкой, в корпусе имеются также зоны денитрификации и дегазации, которые герметично перекрыты крышкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2