Способ очистки сточных вод

 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод. Способ включает обработку стоков реагентами с последующим отстаиванием, биологическое обезвреживание с нитрификацией и денитрификацией в двухступенчатых реакторах с рециркуляцией стоков в присутствии прикрепленных гидробионтов. В качестве реагентов используют модифицированные осадки сточных вод и флокулянт. Доза реагентов прямо пропорциональна величине БПК сточных вод. Первой ступенью двухступенчатого биореактора является нитри-денитрификатор. Рециркуляцию сточных вод осуществляют с выхода из первой ступени биореактора на ее вход. Изобретение позволяет сократить время процесса очистки сточных вод и снизить энергетические затраты. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам очистки сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве при очистке городских сточных вод, а также в отраслях промышленности, где сточные воды содержат природные органические соединения.

Цель изобретения - сокращение времени процесса очистки сточных вод и снижение энергетических затрат на аэрацию сточных вод в сооружениях биологической очистки.

Известно использование осадков сточных вод в качестве сорбентов для извлечения из сточных вод растворенных органических соединений в процессе отстаивания [1, 2] , что снижает нагрузку по органическим веществам на сооружения аэробной биологической очистки.

Однако в известных способах дозы реагентов не увязаны с наличием в стоках азотосодержащих веществ с процессами нитри-денитрификации.

Известно использование многоступенчатых аэробных биореакторов с плавающими контейнерами с ершовой насадкой для удержания и фиксации в пространстве микроорганизмов, очищающих сточную жидкость.

В то же время в известном способе и устройстве для его реализации рециркуляция сточных вод осуществляется за счет возврата в аэротенк иловой смеси после ее отстаивания во вторичном отстойнике. Манипулирование расходом рециркуляционной сточной жидкости требует усложнения конструкции иловой насосной станции вторичных отстойников и создает трудности в подаче и распределении сточных вод и активного ила на входе во вторичный отстойник.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и достигаемому эффекту является способ очистки жиросодержащих сточных вод [3], включающий добавку сорбента, отделение стоков от нерастворимых примесей и последующую биологическую очистку в многоступенчатом биореакторе с прикрепленными на ершовой насадке микроорганизмами.

Недостатком известного способа является использование сорбентов, завозимых извне.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа очистки сточных вод путем замены завозимого извне сорбента собственным модифицированным осадком сточных вод очистной станции, задействования уже на стадии отстаивания сточных вод флокулянта, используемого для ускорения процесса механического обезвоживания осадков сточных вод, что достигается снижением выноса органических веществ из первичных отстойников в аэротенки и, соответственно, уменьшением времени их последующей очистки и энергетических затрат на внесение кислорода в очищаемую сточную жидкость.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки сточных вод, включающем внесение сорбента, отделение стоков от нерастворимых примесей и многоступенчатую биологическую доочистку предусмотрены следующие отличия: - в сток, прошедший решетки и песколовки, в качестве сорбентов вносят подвергнутый пиролизу и измельченный до пылевидного состояния осадок сточных вод, а также катионный флокулянт, обеспечивающий ускорение отделения стоков от нерастворимых примесей, а также способствующий снижению сопротивления влагоотдаче осадков при их механическом обезвоживании, - отстоянный сток подвергают биологической доочистке в двухступенчатом биореакторе, первая ступень которого является нитри-денитрификатором, снабженным рециркуляцией очищаемой сточной жидкости с выхода на вход ступени и плавающими контейнерами с ершовой насадкой для удержания и фиксации в пространстве микроорганизмов, очищающих сточную жидкость от органических и минеральных веществ, - дозирование модифицированных пиролизом осадков сточных вод осуществляют прямо пропорционально наличию растворенных органических веществ в исходном стоке и обратно пропорционально наличию азота аммонийного, подлежащего удалению нитри-денитрификацией.

Анализ известных технических решений, относящихся к способам очистки сточных вод показал, что технических решений, содержащих ту же совокупность существенных признаков, что и заявляемый способ, не обнаружено. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Анализ выявляемых отличительных от прототипа существенных признаков показал, что такие или сходные с ними признаки в известных технических решениях с проявлением тех же свойств не обнаружены, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ соответствует критерию "существенные отличия".

Заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получить новый, более высокий результат, выражающийся в обеспечении полной очистки сточных вод от органических и минеральных примесей при меньшем расходовании электроэнергии для внесения кислорода в очищаемую воду, меньшем потребном объеме сооружений биологической очистки, отсутствии использования минеральных, привносимых извне реагентов, создающих проблему утилизации или захоронения осадков сточных вод.

Способ поясняется технологической схемой очистки сточных вод и обработки осадков на очистной станции города (фиг.1).

Схема включает: трубопровод подачи исходной сточной жидкости 1, решетку 2, песколовку 3, смеситель с реагентами 4, первичный отстойник 5, двухступенчатый биореактор 6, состоящий из первой ступени I (нитри-денитрификатора) и второй ступени II (блока доочистки), трубопровод рециркуляции иловой смеси 7 с выхода ступени I на ее вход, илоотделитель 8, плавающие контейнеры с ершовой насадкой 9, воздуховоды 10, трубопровод избыточного активного ила 11, трубопровод регенерационной жидкости 12, стационарные контейнеры с ершовой насадкой 13, трубопровод очищенной сточной жидкости 14, трубопровод сырого осадка 15, илоуплотнитель 16, трубопровод эрлифной откачки надиловой жидкости 17, иловая насосная станция 18, цех механического обезвоживания 19, трубопровод фильтрата и грязной промывной воды 20, трубопровод кека 21, трубопровод промывной воды 22, смеситель кека 23, цех пиролиза осадков 24, трубопровод газа пирролиза на утилизацию 25, трубопровод мазута 26 на утилизацию, трубопровод кека на утилизацию в качестве сорбента, утеплителя и другие цели 27, дробилка 28, песковый бункер 29, раствор флокулянта 30, блок флокуляционного хозяйства 31, измельченные отсортированные опилки или мусор 32.

Предложенная схема работает следующим образом.

Сточные воды (СВ) самотеком по трубопроводу подачи исходной сточной жидкости 1 поступают на решетку 2, где происходит задержание крупных отходов, бумаги, тряпок и т.д.

Задержанные на решетке отбросы после дробления на дробилке 28 возвращаются в канал перед решеткой 2. Процеженные в решетке 2 СВ отделяются в песколовке 3 от минеральных примесей, отводимых и накапливаемых в песковых бункерах 29 для последующей утилизации в строительстве. Из песколовки 3 СВ направляются в смеситель 4, где в СВ добавляется измельченный пылевидный сорбент 27, получаемый из кокса цеха 24 пиролиза осадков СВ, а также флокулянта 30 из блока 31 флокуляционного хозяйства. В смеситель 4 поступают также избыточный активный ил 11, peгeнерационные воды блока доочистки 6 (II), а также надиловая вода 17 илоуплотнителя 16 и фильтрат и грязная промывная вода 20 из цеха механического обезвоживания осадков СВ 19. Из смесителя 4 СВ направляются в первичный отстойник 5, где отделяются от нерастворимых в воде примесей. Осадок СВ по трубопроводу 15 отводится в илоуплотнитель 16, а СВ перетекает в двухступенчатый биоректор 6. В первой ступени I биореактора 6 расположены илоуплотнитель 8, трубопровод рециркуляции иловой смеси 7, плавающие контейнеры с ершовой насадкой 9. Стоки в I ступени аэрируются воздухом, подаваемым через равномерно размещенные по дну ступени барботери аэрации от воздуховодов 10. Рециркулирующая с выхода из I ступени биореактора на ее вход иловая смесь 7 транспортирует нитраты и нитриты. Прикрепленные на ершовой насадке плавающих контейнеров 9 микроорганизмы-денитрификаторы обеспечивают использование нитритов и нитратов для окисления органических веществ СВ, характеризуемых величиной БПК. Для денитрификации 1 мг NО₃ требуется не менее 2,0 мг БПК. Прошедшие биологическую обработку СВ из илоотделителя 8 перетекают во вторую ступень II биореактора 6, где подвергаются обработке гидробионтами, прикрепленными на ершовой насадке стационарных контейнеров 13. Система аэрации в ступени II аналогична ступени I. По мере заиления насадки в ступени II она регенирируется увеличенным расходом воздуха и в часы минимального притока СВ опорожняется по трубопроводу 14, очищенный сток отводится на обеззараживание и сброс в водоем.

Осадки СВ после уплотнения в илоуплотнителе 16 подаются насосной станцией 18 в цех механического обезвоживания 19, после сгущения в виде кека по трубопроводу или транспортеру 21 нерастворимые в воде примеси направляются в смеситель 23, где перемешиваются с опилками или отсортированным и измельченным мусором органического происхождения 32 (например, пластмассовые бутылки). Подготовленная в смесителе 23 композиция направляется в цех пиролиза 24 для разделения по фракциям. Фракция газов отводится по газопроводу 25 на утилизацию, фракция мазута отводится по трубопроводу 26 на утилизацию, фракция твердого кокса 27 отводится по транспортеру на утилизацию, в том числе в качестве сорбента для извлечения из сточных вод растворенных органических веществ в смеситель 4.

По данным лабораторных исследований авторов изотерма адсорбции органических примесей сорбентом из осадков СВ, подвергающихся пиролизу, имеет вид, представленный на фиг.2.

Обезвоживающее осадок полотно фильтр-прессов периодически промывается технической водой из трубопровода 22. В качестве технической воды может быть использована доочищенная и обеззараженная сточная жидкость.

Биологически очищенная городская сточная жидкость характеризуется следующими значениями показателей состава: взвешенные вещества 3-5 мг/л, БПК₅ 3-5 мгО₂/л, азот аммонийный менее 0,5 мг/л, азот нитритов менее 0,01 мг/л, азот нитратов (по NО₃) менее 15 мг/л.

Из осадков сточных вод образуется топливно-энергетических веществ (газа и мазута) в достаточном количестве для обеспечения процесса пиролиза осадков без дополнительной их подачи извне. Твердые отходы осадков могут быть использованы в качестве утеплителя в строительстве, а в форме кокса после обработки паром в качестве сорбента, в том числе для очистки сточных вод.

Пример 1. Исходный сток г.Уфы с суточным расходом 376000 м³/сут, максимальным часовым расходом 22000 м³/ч содержит взвешенных веществ 250 мг/л, БПК₂₀ 300 мгО₂/л, азота аммонийного 32 мг/л. После процеживания в решетках и отстаивания в песколовках сток смешивается с суспензией сорбента пиролиза осадков в количестве 120 мг/л по сухому веществу в течение 16 часов поступления расхода сточных вод, превышающего 0,50 ср^час. Всего за 16 часов должно быть добавлено 40 тонн сорбента. Доза сорбента установлена по величине удельной сорбционной емкости сухого вещества сорбента а=0,8 мг/мг (фиг.2), при равновесной величине БПК_полн отстоенных сточных вод на уровне 80 мгО₂/л.

Величина БПК_полн, равная 80 мгО₂/л, выявлена из учета ее потребности на процесс денитрификации. В рециркулирующей иловой смеси с выхода из ступени I биореактора 6 содержание нитратов не должно превышать 40 мг/л, поэтому при соотношении величин расходов СВ и рециркулирующей иловой смеси 1:1 величина БПК_полн должна быть не менее 80 мгО₂/л для обеспечения потребного соотношения между нитратами и БПК_полн СВ.

Из 32 мг/л азота аммонийного после разбавления СВ вдвое очищенной водой и учета пошедшего азота на прирост автотрофного и гетеротрофного активного ила образуется (32/2-4,2) 3,39=40 мг/л нитратов.

Одновременно добавлялся флокулянт, например Праестол, в количестве 2 мг/л. За 16 часов должно быть добавлено 0,7 тонны флокулянта. Эффект отстаивания по взвешенным веществам в отстойниках составил 85% из расчета содержания взвесей после смесителя 370 мг/л, в отстоенной воде содержание взвешенных веществ составило 55 мг/л. Эффект снижения БПК₂₀ составил 72%, в сточных водах после отстойников БПК₂₀ составила 84 мгО₂/л. Изменения концентрации азота аммонийного не выявлено. Время пребывания сточных вод в нитри-денитрификаторе с доведением БПК_полн до 12 мгО₂/л, азота аммонийного до 0,5 мг/л, азота нитритов менее 0,01 мг/л и азота нитратов до 40 мг/л составило 3 часа при максимальном расходе сточных вод, что вдвое меньше, чем потребное время биологической очистки сточных вод указанного состава без интенсификации работы отстойников. Соответственно вдвое меньше и потребное количество воздуха на аэрацию в аэротенки. В первичных отстойниках может быть выделено осадков влажностью 95% 2300 м³/сут, с весом сухого вещества 115 тонн/сут. Влажность 95% устанавливается в осадке после илоуплотнителя. На фильтр-прессах влажность осадка уменьшается до 80% и его суточное количество уменьшается до 575 м³/сут. Для доведения влажности осадка до требуемого для проведения пиролиза уровня влажности 60% к нему нужно добавить, например, опилок, влажностью 20%, около 300 тонн в сутки, автомобильных покрышек, пластмассовых изделий в 4-5 раз меньше.

Пример 2. Исходный сток г.Сургута с суточным расходом 120000 м³/сут, максимальным часовым расходом 7500 м³/ч, содержит взвешенных веществ 150 мг/л, БПК₂₀ 120 мгO₂/л, азот аммонийный 25 мг/л. После процеживания в решетках и отстаивания в песколовках стоки направляются в отстойники, куда не добавляется ни сорбент, ни флокулянт, так как при простом отстаивании величина БПК₂₀ снижается на 30-40% и остаточное значение величины БПК₂₀ находится на уровне 70-80 мг/л, требуемом для денитрификации окисленного в I ступени биореактора азота аммонийного.

Фактически, реализованный на КОС г.Сургута, способ обеспечил на выходе из I ступени биореактора БПК₅ не более 8 мгО₂/л, азота аммонийного не более 0,5 мг/л, азота нитратов не более 12 мг/л, азота нитритов не более 0,005 мг/л. На обезвоживание поступает в сутки до 15 тонн осадков по сухому веществу. На их обезвоживание требуется до 60 кг в сутки флокулянта, направляемого в илоуплотнитель. Обезвоженный на фильтр-прессах осадок в количестве до 80 м³/сут нуждается перед пиролизом в добавке не менее 40 тонн опилок влажностью не более 20% или около 10 т пластмассовых отходов либо автомобильных покрышек в сутки.

Пример 3. Исходный сток условного города с суточным расходом 10000 м³/сут, максимальным часовым расходом сточных вод 800 м³/ч содержит взвешенных веществ 160 мг/л, БПК_полн 200 мгО₂/л, азота аммонийного 5 мг/л.

После процеживания сточных вод в решетках и отстаивания в песколовках, они направляются в смеситель, где смешиваются со 150 мг/л сорбента на базе продуктов пиролиза осадков сточных вод, а также 1,5 мг/л флокулянта. В сутки требуется 1,5 тн сорбента по сухому веществу и 15 кг флокулянта. После отстойников содержание взвешенных веществ в сточных водах не превышает 40 мг/л, а величина БПК_полн 30 мг/л, азот аммонийный остается на уровне 5 мг/л.

При таких значениях показателей состава отстоенных сточных вод I ступень биореактора не требуется и стоки направляютая на II ступень аэробного биореактора, где доочищаются до качества: БПК₅ 3-5 мг/л, азот аммонийный менее 0,5 мг/л, азот нитритов менее 0,01 мг/л, азот нитратов менее 10 мг/л.

В сутки на очистной станции выделяется 3 тонны осадков по сухому веществу или 15 м³/сут влажностью 80%. Для проведения процесса пиролиза необходимо добавить 7 тонн опилок влажностью не более 20% или 1,5 тонны пластмассовых отходов в сутки.

Источники информации 1. Инженерное оборудование зданий и сооружений: Энциклопедия. Гл. редактор Яковлев С.В. - М.: Стройиздат, 1994, с. 58, 61, 319, 390, 451, 467.

2. Авт. св. СССР 602479.

3. Патент Украины 13943 А, С 02 F 1/40. Способ очистки жиросодержащих сточных вод. Куликов Н.И., Насонкина Н.Г., 25.04.97, Бюл. 2.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод, включающий обработку стоков реагентами с последующим отстаиванием, биологическое обезвреживание с нитрификацией и денитрификацией в биореакторах с рециркуляцией стоков и в присутствии прикрепленных гидробионтов, отличающийся тем, что в качестве реагентов используют, например, модифицированные осадки сточных вод и флокулянт, участвующий в процессе механического обезвоживания осадков, причем доза реагентов прямо пропорциональна величине БПК сточных вод, так как требуется наличие остаточного количества органических легкоусваиваемых микроорганизмами веществ, достаточных для денитрификации окисленных форм азота, первой ступенью двухступенчатого биореактора является нитри-денитрификатор, а рециркуляция сточных вод осуществляется с выхода из первой ступени биореактора на ее вход.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модификацию осадков сточных вод перед использованием их в качестве реагентов перед отстаиванием осуществляют пиролизом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нитри-денитрификацию сточных вод на первой ступени биореактора производят в присутствии плавающих контейнеров с ершовой насадкой для удерживания фиксации в пространстве микроорганизмов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 34-2003

(73) Патентообладатель:Зубов Михаил Геннадьевич (RU)

Договор № 17465 зарегистрирован 06.10.2003

Извещение опубликовано: 10.12.2003        

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.04.2006

Извещение опубликовано: 27.03.2007        БИ: 09/2007

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Индивидуальный предприниматель Зубов Михаил Геннадьевич

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Некоммерческое партнерство "Компания "ЭКОС"

Договор № РД0041324 зарегистрирован 25.09.2008

Извещение опубликовано: 10.11.2008        БИ: 31/2008

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия