Способ очистки воды от трудноокисляемых органических соединений

 

Изобретение относится к области глубокой очистки воды от трудноокисляемых органических соединений. Задачей изобретений является повышение надежности и упрощение процесса и, в конечном итоге, стабильности качества очищенной воды по остаточному содержанию в ней трудноокисляемых органических соединений. Технический результат достигается тем, что в способе очистки воды от трудноокисляемых органических соединений методом сорбции и окисления иммобилизованными микроорганизмами по взвешенном слое загрузочного материала (угля, клиноптилолита, дробленого керамзита и др.) с одновременной биологической регенерацией загрузки и последующей фильтрации очищенной воды через плотный слой загрузочного материала, очистка воды осуществляется при нагрузках на загрузку взвешенного слоя по ХПК-1,5-3 мг/г сут, по БПК-0,5 - 1,5 мг/г сут, и при концентрации растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1-2 мг/л. 1 табл.

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

Известен способ очистки воды от легколетучих хлорорганических соединений в биореакторе с иммобилизованными микроорганизмами штамма КДЕ-7 (Rhodococcus spezies). В качестве загрузки в биореакторе используют кварцевый песок, доломитовый материал, активированный уголь, твердые субстраты угля. К обрабатываемой воде добавляют необходимое количество питательных веществ. Эффективность очистки составляет 50-65% [1] Недостатком известного способа является невысокая степень очистки.

Известен способ биологического окисления хлорированных органических растворителей путем отделения хлорорганических соединений в предварительной отдувочной колонне, подачи их в циркуляционный поток питательного раствора или непосредственно в контур циркуляции минерализуемого отхода в биореакторе. Аэрация отдувочной колонны, биореактора и циркуляция питательного раствора осуществляются одним насосом. В качестве загрузки-носителя биомассы в реакторе применяются липофильные материалы с развитой поверхностью. Биотрансформация хлорорганических соединений осуществляется в условиях лимитирования содержания растворенного кислорода, поступающего из атмосферы по мере его биологического потребления. [2] Недостатком известного способа является многообразие технологических операций, сложность процесса, низкая степень очистки.

Наиболее близким к предлагаемому способу по назначению и технической сущности является способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических веществ методом сорбции и фильтрации через взвешенный слой активированного угля, осуществляемой в две ступени. Нагрузку на активированный уголь на первой ступени поддерживают 4,0-4,5 мг ХПК/г угля в сутки, 0,8-1,0 мг БПК/г угля в сутки, на второй ступени 1,8-2,0 мг ХПК/г угля в сутки и 0,4-0,5 мг БПК/г угля в сутки. Во взвешенном состоянии активированный уголь поддерживают рециркулирующей сточной водой, непрерывно насыщаемой кислородом воздуха для биологического окисления, осуществляемого микроорганизмами [3] Для этого способа характерны сложность процесса, обусловленная необходимостью ведения процесса в две ступени, и вероятность снижения степени очистки за счет уменьшения концентрации растворенного кислорода.

Задача изобретения заключается в повышении надежности и упрощении процесса и, в конечном итоге, стабильности качества очищенной воды по остаточному содержанию в ней трудноокисляемых органических соединений.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки воды от трудноокисляемых органических соединений методом сорбции и окисления иммобилизованными микроорганизмами во взвешенном слое загрузочного материала с одновременной биологической регенерацией загрузки и последующей фильтрации очищенной через плотный слой загрузочного материала, очистка воды осуществляется при нагрузках на загрузку взвешенного слоя по ХПК 1,5-3 мг/г/сут, по БПК 0,5-1,5 мг/г/сут и при концентрации растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1-2 мг/л.

В качестве загрузочного материала используются различные зернистые материалы (уголь, клиноптилолит, дробленый керамзит и др.).

Способ осуществляется следующим образом.

Исходная вода, содержащая трудноокисляемые органические соединения, подается в аэрационную камеру биосорбера и вместе с циркуляционным потоком насыщается кислородом воздуха до 7-9 мг/л и направляется во взвешенный слой загрузочного материала биосорбера. Во взвешенном слое загрузочного материала вода при нагрузках на загрузку 1,5-3 мг ХПК/г/сут, 0.5 1,5 мг БПК/г/сут очищается от трудноокисляемых органических загрязнений путем их сорбции на поверхности загрузочного материала с одновременной трансформацией и деструкцией при дальнейшем окислении иммобилизованными микроорганизмами и их ферментами, что и приводит к биологической регенерации загрузочного материала и глубокому окислению трудноокисляемых 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 направляется вновь во взвешенный слой загрузочного материала, для того чтобы осуществлять взвешивание загрузки и для снабжения микроорганизмов растворенным кислородом, а второй подается в плотный слой загрузочного материала для окончательного окисления органических загрязнений и удаления взвешенных веществ. Осветленная вода отводится с установки.

В указанном интервале нагрузок на загрузку (т. е. при 1,5-3,0 мг ХПК/г/сут и 0,5-1,5 мг БПК/г/сут) процесс идет наиболее эффективно, что связано, во-первых, с наличием в воде токсичных органических веществ и снижением скорости их изъятия и окисления микроорганизма при увеличении нагрузки свыше оптимальной, во-вторых, невозможностью более глубокой очистки при снижении удельных нагрузок ниже оптимальных. Лимитирование процесса растворенным кислородом (ниже 1,0 мг/л) приводит к резкому снижению качества очистки. Увеличение же количества растворенного кислорода (выше 2,0 мг/л) приводит неоправданно высоким энергозатратам на аэрацию без существенного улучшения качества очистки.

Пример 1.

Воду, загрязненную органическими соединениями, в том числе токсичными веществами, например, фенолом, формальдегидом, ксилолом и др. с концентрацией 1-5 мг/л, определяющей ХПК воды 60 мг/л и БПК-15 мг/л, содержащую аммонийный азот 5 мг/л и растворенный кислород 7-9 мг/л, имеющую pH 7,5 и температуру не ниже 12^oC, подвергают очистке во взвешенном слое биосорбера. При нагрузке на загрузку 1,0 мг ХПК/г/сут и 0,4 мг БПК/г/сут и при поддержании концентрации растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1,5 мг/л получают очищенную воду, содержащую БПК 1,0 мг/л, трудноокисляемые органические вещества ниже ПДК, при этом эффект удаления органических веществ по БПК составляет 93% Режим является оптимальным из-за неоправданно низких нагрузок на загрузку, приводящих к увеличению объема очистных сооружений при БПК ниже установленных нормативов.

Пример 2.

Очищаемая вода по примеру 1 поступает на биосорбер с нагрузкой на загрузку взвешенного слоя 1,0 мг ХПК/г/сут и 0,4 мг БПК/г/сут при поддержании растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 3,0 мг/л получают воду, содержащую БПК 1,0 мг/л и трудноокисляемые вещества ниже ПДК при эффекте очистки 93% Режим является неоптимальным, поскольку наряду с завышенными объемами очистных сооружений возрастают затраты на аэрацию Пример 3.

Очищаемая вода по примеру 1 поступает на биосорбер с нагрузкой на загрузку взвешенного слоя из керамзита или клиноптилолита 1,5 мг ХПК/г/сут и 0,5 мг БПК/г/сут при поддержании растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1,5 мг/л получают очищенную воду, содержащую БПК 2,0 мг/л и трудноокисляемые вещества на уровне ПДК, эффект очистки по БПК 87% Режим - оптимальный.

Пример 4.

Очищаемая вода по примеру 1 поступает на биосорбер с нагрузкой на загрузку взвешенного слоя из активированного угля 2,5 мг ХПК/г/сут и 1,0 мг БПК/г/сут при поддержании растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1,5 мг/л получают очищенную воду, содержащую БПК 1,5 мг/л и трудноокисляемые вещества на уровне ПДК, эффект очистки по БПК 90% Режим - оптимальный.

Пример 5.

Очищаемая вода по примеру 1 поступает на биосорбер с нагрузкой на загрузку взвешенного слоя 3,0 мг ХПК/г/сут и 1,5 мг БПК/г/сут при поддержании растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1,5 мг/л получают очищенную воду, содержащую БПК до 3,0 мг/л и трудноокисляемые вещества на уровне ПДК, эффект очистки 80% Режим оптимальный.

Пример 6.

Очищаемая вода по примеру 1 поступает на биосорбер с нагрузкой на загрузку взвешенного слоя 3,0 мг ХПК/г/сут и 1,5 мг БПК/г/сут при поддержании растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 0,5 мг/л получают очищенную воду с БПК выше 6,0 мг/л и содержанием трудноокисляемых веществ выше ПДК при снижении эффекта очистки до 60% Качество очистки не соответствует нормативным требованиям.

Пример 7.

Очищаемая вода по пример 1 поступает на биосорбер с нагрузкой на нагрузку взвешенного слоя 3,5 мг ХПК/г/сут при поддержании растворенного кислорода на выходе из взвешенного слоя 1,5 мг/л получают очищенную воду с БПК выше 6,0 мг/л и содержанием трудноокисляемых веществ выше ПДК при снижении эффекта очистки до 60% Качество очистки не соответствует нормативным требованиям.

Данные, свидетельствующие о целесообразности выбранных интервалов, приведены в таблице.

Предложенный способ по сравнению с известным проще в реализации, надежнее в исполнении, а следовательно стабильнее качество очищенной воды.

Формула изобретения

Сорбция очистки воды от трудноокисляемых органических соединений путем их сорбции и окисления иммобилизованными микроорганизмами во взвешенном слое загрузки с одновременной биологической регенерацией загрузки и последующей фильтрации очищенной воды через плотный слой загрузки, отличающийся тем, что сорбцию и окисление ведут при нагрузках на загрузку 1,5 3 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 2 мг/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1