Способ биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота

 

Изобретение относится к области биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота и может быть использовано для очистки сточных вод химического производства, производства удобрений животноводческих комплексов и городских сточных вод. Потоки аммоний- и нитратсодержащих сточных вод совместно подают на стадию анаэробной денитрификации, которую проводят с удельной скоростью 3,2-4,5 мг/(г•ч). Затем воду подают на стадию аэробной обработки, где осуществляют нитрификацию с удельной скоростью 1,2-2,0 мг/(г•ч). Нитратсодержащий поток и отделенный активный ил рециркулируют с аэробной стадии на анаэробную при поддержании количественного соотношения рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему потоку воды равным от 3:1 до 5:1. Количество кислорода на анаэробной стадии поддерживают меньшим 0,5 мг/л, а на аэробной - меньшим 2 мг/л. Технический результат - повышение степени очистки вод и упрощение процесса. 1 табл.

Изобретение относится к области биологической очистки сточных вод и может быть использовано для очистки сточных вод химического производства, производства удобрений, животноводческих комплексов, а также городских сточных вод от органических соединений и азота.

Известен способ биологической очистки сточных вод от органических соединений путем их аэрации в закрытом реакторе при постоянном перемешивании, повторной аэрации в следующем аэробном реакторе при периодическом перемешивании; по истечении заданного периода времени воду подают в третий реактор для обработки воды в анаэробных условиях и далее в четвертый - для нитрификации (см. заявку USA 5861095 А, кл. C 02 F 3/30 с приоритетом 09.04.97 г. , опубл. 19.01.99 г.).

Недостатком известного способа является многостадийность процесса и, как следствие этого, сложность эксплуатации, а также дефицит органического субстрата для денитрификации в связи с наличием аэробных процессов на начальных стадиях очистки.

Известен способ биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота путем первичного отстаивания, анаэробной обработки осветленной воды на поверхности загрузки с иммобилизованной биомассой, аэробной обработки воды на поверхности аэрируемой загрузки с иммобилизованной биомассой, вторичного отстаивания и стабилизации отделенного осадка (см. заявку ФРГ 4433444, кл. C 02 F 3/02 с приоритетом 20.09.94 г., опубл. 21.03.96 г.).

Недостатком известного способа является невысокая степень очистки и отсутствие возможности его применения для очистки концентрированных сточных вод.

Известен способ биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота путем обработки сточных вод активным илом до полной аммонификации азота органических соединений на анаэробной стадии процесса при удельной скорости денитрификации 6-8 мг/(г•ч), последующей обработки активным илом при удельной скорости нитрификации 2,7-3,2 мг/(г•ч), при окислительно-восстановительном потенциале 210-290 мВ и при возрасте активного ила 3-7 суток на аэробной стадии с отделением активного ила и возвратом его на анаэробную стадию (см. авт. свид. СССР 1275886, кл. C 02 F 3/30 с приоритетом 20.09.84 г.).

Недостатком известного способа является невысокая степень очистки и сложность осуществления процесса, обусловленная многообразием контролируемых параметров.

Известен способ биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, заключающийся в подаче очищаемых сточных вод двумя потоками: аммонийсодержащих и нитратсодержащих азотных сточных вод; при этом первый из потоков после усреднения и отведения контролируемых некондиционных аммонийсодержащих стоков на отстаивание (в случае несоответствия показателей по составу стоков) подают на нитрификацию, а второй - после усреднения и отведения контролируемых некондиционных нитратсодержащих азотных стоков на отстаивание (в случае несоответствия показателей по составу стоков) - на денитрификацию. Нитрификацию аммонийсодержащих азотных вод ведут при перемешивании аэрацией в присутствии рециркулируемого из отстойника активного ила возрастом 20 суток, а денитрификацию нитратсодержащих азотных стоков ведут при перемешивании аэрацией в присутствии рециркулируемого из отстойника активного ила возрастом 60 суток.

Сточные воды, прошедшие стадию нитрификации, направляют на стадию денитрификации, которую осуществляют в присутствии водно-щелочных стоков, после чего весь поток сточных вод (как после стадии нитрификации, так и после стадии денитрификации) подвергают отстаиванию.

После отстаивания одну часть активного ила и иловой смеси рециркулируют на аэробную стадию (нитрификации), а другую направляют на анаэробную стадию (денитрификации); осветленную воду подвергают 2-ступенчатой тонкой биологической очистке на аэрируемой тонкой волокнистой полипропиленовой загрузке с иммобилизованной микрофлорой с последующим обеззараживанием ультрафиолетовым облучением (см. патент РФ 2162824, кл. C 02 F 3/02 с приоритетом 07.11.99 г., опубл. бюл. 4 (2 ч.), 2001 г.).

Недостатком известного способа является невысокая степень очистки от соединений азота, обусловленная неоптимальностью параметров процесса (кислородного режима, удельных скоростей) и сложность осуществления процесса из-за его многостадийности и необходимости раздельной очистки потоков аммоний- и нитратсодержащих сточных вод.

По воспроизведенным данным содержание общего азота в очищенной воде составляет 14,8 мг/л, в том числе азота аммонийного - 1,8 мг/л, азота нитратного - 2,7 мг/л, азота нитритного - 10,3 мг/л (последний является токсичным, ПДК его для рыбохозяйственного водоема - 0,02 мг/л, а для водоема культурно-бытового водопользования - 0,08 мг/л), т.е. качество очищенной сточной воды не соответствует требованиям на сброс в водоемы.

Техническим результатом предлагаемого способа биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота является повышение степени очистки сточных вод и упрощение процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота, включающем подачу на очистку потоков аммоний- и нитратсодержащих сточных вод, обработку сточных вод активным илом на анаэробной и аэробной стадиях, отделение активного ила и рециркуляцию отделенного активного ила, потоки аммоний- и нитратсодержащих сточных вод подают совместно на стадию анаэробной денитрификации, денитрификацию ведут с удельной скоростью 3,2-4,5 мг/(г•ч), а последующую нитрификацию на стадии аэробной обработки ведут с удельной скоростью 1,2-2,0 мг/(г•ч), нитратсодержащий поток и отделенный активный ил рециркулируют с аэробной стадии на анаэробную, при этом количественное соотношение рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему потоку воды поддерживают равным от 3:1 до 5:1, количество кислорода на анаэробной стадии поддерживают меньше 0,5 мг/л, а на аэробной - меньше 2 мг/л.

Способ осуществляют следующим образом.

Аммонийсодержащий поток сточной воды, содержащей общий азот в количестве 30-150 мг/л, БПК - 250-750 мг/л, ХПК - 350-1000 мг/л, смешивают с нитратсодержащим потоком и активным илом, рециркулируемыми с аэробной стадии обработки. Процесс денитрификации на анаэробной стадии осуществляют с удельной скоростью 3,2-4,5 мг/(г•ч) при перемешивании для обеспечения массообмена, поддерживая количество кислорода 0,3-0,45 мг/л.

На этой стадии происходит процесс анаэробной деструкции органических соединений, при этом содержащийся в них азот переходит в аммонийную форму. Процесс ведут до полной аммонификации азота органических соединений при отсутствии свободного кислорода; глубокое окисление органических соединений осуществляется связанным кислородом нитратсодержащего потока в процессе денитрификации нитратов до молекулярного азота.

Для этого соотношение количества рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему потоку воды поддерживают равным от 3:1 до 5:1.

При удельной скорости денитрификации на анаэробной стадии - 3,2-4,5 мг/(г•ч) и удельной скорости нитрификации 1,2-2,0 мг/(г•ч) - на аэробной достигается высокая степень очистки, удовлетворяющая требованиям ПДК водоемов (см. таблица, пп. 1-3).

При удельной скорости денитрификации на анаэробной стадии - ниже 3,2 мг/(г•ч) и нитрификации на аэробной стадии ниже 1,2 мг/(г•ч) несколько повышается степень очистки воды, но при этом увеличиваются капитальные и энергозатраты (см. таблица, п. 4).

При удельной скорости денитрификации на анаэробной стадии - выше 4,5 мг/(г•ч) и нитрификации на аэробной стадии выше 2,0 мг/(г•ч) происходит резкое ухудшение степени очистки воды по всем формам азота (см. таблица, п. 5).

При увеличении концентрации растворенного кислорода на анаэробной стадии денитрификации до 0,5 мг/л и выше происходит замедление процесса и снижение степени очистки по окисленным формам азота (нитратам) (см. таблица, пп. 7, 9).

При увеличении концентрации растворенного кислорода на аэробной стадии нитрификации до 2,0 мг/л и выше происходит повышение его концентрации на стадии денитрификации, что также приводит к замедлению процесса на этой стадии (см. таблица, п. 9).

При соотношении вышеуказанных потоков ниже 3:1 происходит, в сущности, глубокое удаление органических веществ и нитрификация, вследствие чего органического субстрата не хватает на денитрификацию, и процесс тормозится, при этом концентрация азота нитратов в очищенной воде превышает ПДК.

При соотношении потоков выше, чем 5:1, длительность процесса денитрификации сокращается - процесс замедляется и концентрация азота нитратов в очищенной воде становится выше ПДК.

Затем образующуюся смесь сточных вод подают на стадию аэробной обработки, где нитрификацию ведут с удельной скоростью 1,2-2,0 мг/(г•ч) при подаче кислорода в количестве 1,4-1,8 мг/л.

На аэробной стадии происходит процесс нитрификации до образования нитратов с последующей рециркуляцией нитратсодержащего потока с аэробной стадии на анаэробную при соотношении количества рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему потоку воды от 3:1 до 5:1.

Очищенную воду, отделенную от активного ила отстаиванием, отводят с установки, а ил также рециркулируют с аэробной стадии (нитрификации) на анаэробную стадию (денитрификацию).

Продолжительность обработки на анаэробной и аэробной стадиях зависит от качества подаваемого на очистку стока.

Окисление органического субстрата, окисление и восстановление соединений азота происходит циклически и процессы нитри-, денитрификации протекают практически одновременно, что позволяет удалять соединения азота без использования дополнительного источника органического субстрата и получать очищенную воду, соответствующую современным нормативам на сброс в водоемы рыбохозяйственного или культурно-бытового назначения.

Очищенная вода имеет следующий состав: Общий азот - 1,4-3,6 мг/л, азот аммонийный - 0,4-1 мг/л, азот нитратный - 1-2,6 мг/л, азот нитритный - 0,01-0,02 мг/л, БПК_полн - 9-10 мг/л, ХПК - 70 мг/л.

Пример 1.

Поток аммонийсодержащей сточной воды с содержанием: общего азота - 100 мг/л, БПК_полн - 450 мг/л, ХПК - 600 мг/л совместно с рециркулируемым потоком нитратсодержащей сточной воды подают на анаэробную стадию обработки, осуществляемую в присутствии подаваемого на эту стадию рециркулируемого с аэробной стадии (нитрификации) активного ила, поддерживая количественное соотношение рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему потоку воды равным 3: 1; денитрификацию на стадии анаэробной обработки осуществляют с удельной скоростью 3,2 мг/(г•ч) при перемешивании в течение 8 часов. Количество кислорода на анаэробной стадии обработки поддерживают равным 0,45 мг/л.

Далее образующуюся смесь подают на стадию аэробной обработки для нитрификации, которую ведут с удельной скоростью 1,2 мг/(г•ч) при подаче кислорода в количестве 1,8 мг/л в течение 24 часов.

Очищенная вода имеет следующий состав: общего азота - 1,42 мг/л, азота аммонийного - 0,4 мг/л, азота нитратного - 1 мг/л, азота нитритного - 0,02 мг/л, БПК_полн - 10 мг/л, ХПК - 70 мг/л.

Пример 2.

Процесс ведут аналогично примеру 1, при следующих параметрах процесса: удельная скорость денитрификации на стадии анаэробной обработки 3,85 мг/(г•ч), удельная скорость нитрификации на стадии аэробной обработки - 1,6 мг/(г•ч), соотношение количества рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему количеству воды равно 4:1; количество кислорода на анаэробной стадии - 0,35 мг/л, а на аэробной - 1,6 мг/л.

Очищенная вода имеет следующий состав: общего азота - 2,92 мг/л, азота аммонийного - 0,9 мг/л, азота нитратного - 2,0 мг/л, азота нитритного - 0,02 мг/л, БПК_полн - 10 мг/л, ХПК - 70 мг/л.

Пример 3.

Процесс ведут аналогично примеру 1 при следующих параметрах процесса: удельная скорость денитрификации на стадии анаэробной обработки 4,5 мг/(г•ч), удельная скорость нитрификации на стадии аэробной обработки 2,0 мг/(г•ч), соотношение количества рециркулируемго нитратсодержащего потока к общему количеству воды равно 5:1; количество кислорода на анаэробной стадии - 0,3 мг/л, а на аэробной - 1,4 мг/л.

Очищенная вода имеет следующий состав: общего азота - 3,62 мг/л, азота аммонийного - 1,0 мг/л, азота нитратного - 2,6 мг/л, азота нитритного - 0,02 мг/л БПК_полн - 10 мг/л, ХПК - 70 мг/л.

Данные, свидетельствующие о целесообразности выбора заявляемых параметров анаэробной и аэробной стадий обработки, приведены в таблице.

Из таблицы следует, что заявляемые параметры обеспечивают достижение качества очищенной сточной воды по соединениям азота, соответствующего ПДК для водоемов рыбохозяйственного или культурно-бытового назначения, запредельные же значения приводят к ухудшению требуемых показателей или значительному, в 1,5-2 раза, возрастанию капитальных и эксплуатационных затрат.

Только совокупность таких факторов, как совместная обработка аммоний- и нитратсодержащих потоков сточных вод, целесообразно выбранные параметры процесса - удельная скорость стадий нитрификации - денитрификации, соотношение количества рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему количеству воды и кислородный режим каждой из стадий, позволяют решить поставленную задачу - повысить степень очистки сточных вод и упростить процесс за счет возможности сокращения его стадий, в том числе за счет исключения стадии введения органического субстрата.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает повышение степени очистки сточных вод по общему азоту с 14,8 до 3,62 мг/л (что соответствует требованиям на сброс в водоемы рыбохозяйственного - 9,5 мг/л или культурно-бытового водопользования - 11,02 мг/л) за счет совместной очистки аммоний- и нитратсодержащих потоков, предлагаемого кислородного и скоростного режимов процесса и количественных соотношений рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему потоку воды, а также упрощения процесса за счет сокращения количества стадий и совместной очистки потоков сточных вод.

При этом количество азота аммонийного снижается с 1,8 до 1 мг/л, азота нитратного с 2,7 до 2,6 мг/л, азота нитритного (токсичного соединения) с 10,3 до 0,01-0,02 мг/л.

Исключение введения дополнительного органического субстрата позволяет сократить капитальные и эксплуатационные затраты, обусловленные стоимостью реагента и дополнительной ступенью очистки.

Формула изобретения

Способ биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота, включающий подачу потоков аммоний- и нитратсодержащих сточных вод, обработку их активным илом на анаэробной и аэробной стадиях, отделение активного ила и рециркуляцию отделенного активного ила, отличающийся тем, что потоки аммоний- и нитратсодержащих сточных вод подают совместно на стадию анаэробной денитрификации, денитрификацию ведут с удельной скоростью 3,2-4,5 мг/(г•ч), а последующую нитрификацию на стадии аэробной обработки ведут с удельной скоростью 1,2-2,0 мг/(г•ч), нитратсодержащий поток и отделенный активный ил рециркулируют с аэробной стадии на анаэробную, при этом количественное соотношение рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему потоку воды поддерживают равным от 3: 1 до 5: 1, количество кислорода на анаэробной стадии поддерживают меньше 0,5 мг/л, а на аэробной - меньше 2 мг/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1