Способ биологической очистки сточных вод

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод. Способ включает сорбцию, и окисление в биоценозе активного ила смеси сточной воды и активного ила в напорном трубопроводе при аэрации смеси сточной воды и активного ила не менее чем дважды - в приемном резервуаре насосной станции и в процессе перекачки по напорному трубопроводу со степенью насыщения воды кислородом воздуха не менее чем 15-20 мг/л и кавитационной обработки низкой интенсивности, проводимой в приемном резервуаре в насосной станции с числом кавитации G=0,1-0,4, и в процессе перекачки по трубопроводу с числом кавитации G=0,02-0,04. Отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила осуществляют в седиментаторе, установленном на выходе из трубопровода и содержащем плоскостные модули с закрепленной биологической загрузкой и патрубки для отбора осветленной воды, отработанного ила и водно-иловой смеси. Возврат вспухшего ила в зону аэрации осуществляют за счет отбора водно-иловой смеси с дозой не менее 0,2 г/л из средней части седиментатора. Технический результат: снижение стоимости очистки, упрощение оборудования, уменьшение необходимых площадей и совмещение нескольких технологических операций при улучшении качества очистки воды. 1 табл.

 

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод, включающий окисление содержащихся в сточной воде органических загрязнений при гидродинамической кавитационной обработке [см. а.с. СССР №1708775, C 02 F 3/20, опубл. 1992]. Число кавитации при этом способе обработки воды составляет 0,5-1.

Указанный способ не эффективен, требует сложного оборудования, не позволяет использовать в достаточной степени в процессе очистки воды микроорганизмы, (активный ил), обладающие высокой окислительной способностью, т.к. при используемых числах кавитации микрофлора, в т.ч. и полезная, гибнет.

Известен способ биологической очистки сточных вод, включающий биологическую сорбцию и окисление в биоценозе активного, в том числе вспухшего, ила, путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила с помощью биологической пленки и гравитационного осаждения, возврат отделенного от очищенной воды вспухшего ила на стадию аэрации для повторного его использования в качестве активного ила [см. а.с. СССР №1551660, C 02 F 3/12, опубл. 23.03.1990]. При этом отделение от очищенной воды и задержку вспухшего ила ведут путем двух или многократных последовательных процессов осаждения частиц вспухшего ила.

К недостаткам данного способа относится то, что хотя он позволяет использовать вспухший ил, обладающий высокой окислительной способностью и образующийся в процессе очистки сточных вод, но доля вспухшего ила в общей доле используемого ила, остается малой, а процесс поддержания работоспособности вспухшего ила является неуправляемым.

Наиболее близким к предлагаемому является способ биологической очистки сточных вод, включающий сорбцию и окисление в биоценозе активного ила путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, подвергнутой кавитационной обработке низкой интенсивности, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила путем флокуляции с помощью биологически активной пленки и гравитационного осаждения, возврат активного ила на стадию аэрации [см. Патент России №2146231, C 02 F 3/34, C 12 N 1/00, 1/20, 13/00, опубл. 10.03.2000]

Для осуществления способа требуется сложное и достаточно громоздкое оборудование, содержащее как зону сорбции и окисления, так и зону флокуляции и осаждения. Кроме того, процесс сорбции и окисления происходит по противоточной схеме сначала в движущемся по спирали восходящем потоке, обеспечивающем полное перемешивание сточной воды и активного ила, а затем так же при поочередной смене траекторий потоков как в вертикальном так и в горизонтальном направлении. В ряде случаев при больших степенях загрязненности воды и больших ее объемах устройства для очистки воды по данному способу занимают большие городские площади. Кроме того, данные устройства согласно санитарным нормам должны быть отдалены от жилых кварталов на значительные расстояния, что увеличивает требуемые площади, занимаемые под оборудование по очистке воды. Все эти факторы приводят к значительному увеличению стоимости очистки сточной воды. Вместе с тем, при утилизации очищенной воды используются трубопроводы большой протяженности, объем которых вполне достаточен для проведения процесса очистки больших объемов сточных вод при условии поддержания в них сорбционной и окислительной способности микрофлоры в оптимальном состоянии.

Задачей создания настоящего технического решения и его техническим результатом, является снижение стоимости очистки воды за счет уменьшения сложности используемого оборудования, уменьшения необходимых для очистки воды городских площадей и совмещения в используемом оборудовании нескольких технологических операций при сохранении и улучшении качества очистки воды.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе биологической очистки сточных вод, включающем сорбцию и окисление в биоценозе активного ила путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, подвергнутой кавитационной обработке низкой интенсивности, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила путем флокуляции с помощью биологически активной пленки и гравитационного осаждения, возврат активного ила на стадию аэрации, имеются отличия, а именно биологическую сорбцию и окисление ведут в напорных трубопроводах в процессе перекачки, аэрацию осуществляют не менее чем дважды - в приемном резервуаре насосной станции и в процессе перекачки по трубопроводу, со степенью насыщения воды кислородом не менее чем 15-20 мг/л, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила ведут в устройстве - седиментаторе, установленном на выходе из трубопровода и содержащем плоскостные модули с закрепленной биологической загрузкой и патрубки для отбора осветленной воды, отработанного ила и водно-иловой смеси, кавитационную обработку при перекачке в приемный резервуар насосной станции ведут с числом кавитации G=0,1-0,4, а при перекачке по трубопроводу с числом кавитации G=0,02-0,04 окислительную и сорбционную способность активного ила поддерживают за счет отбора водно-иловой смеси с дозой ила 0,2-0,5 г/л из средней части устройства седиментатора.

Предлагаемый способ позволяет снизить стоимость очистки сточных вод вследствие сокращения площадей, занимаемых очистным оборудованием за счет использования комплекса по перекачке воды в качестве очистных резервуаров, снижения сложности используемого оборудования. Способ одновременно позволяет улучшить качество очистки воды за счет предлагаемых режимов аэрационной и кавитационной обработки.

Проводимая при обработке не менее чем дважды аэрация, смешивание сточной воды и активного ила с достаточным насыщением кислородом воздуха - 15-20 мг/л в приемном резервуаре насосной станции и в процессе перекачки по трубопроводу позволяют обеспечить высокую окислительную и сорбционную способность активного ила и переход его в хлопьевидную форму - вспухший ил, что в сочетании с предложенным двухступенчатым режимом кавитационной обработки низкой интенсивности позволяет поддерживать его окислительную способность на высоком уровне. Используемая на первой стадии процесса кавитационная обработка с числом кавитации G=0,1-0,4 позволяет разрушить флокулы подаваемого с конечной стадии (стадии гравитационного осаждения) в водно-иловой смеси флокулированного, частично потерявшего работоспособность активного ила и перевести его в хлопьевидное рабочее состояние. Этим решается задача регенерации активного ила. Используемый на последующих стадиях при перекачке по трубопроводу режим кавитации с числом кавитации G=0,02-0,04 позволяет поддерживать окислительную и сорбционную его способность на наиболее высоком уровне.

Продолжительность обработки при применяемых технологических параметрах должна быть достаточна для эффективной очистки сточной воды, что достигается за счет протяженности применяемых трубопроводов и количеств кавитационных обработок и аэрации при перекачке. Отделение очищенной воды и вспухшего ила в устройстве - седиментаторе, оснащенном плоскостными модулями с биологической пленочной загрузкой сопровождается также процессом очистки воды, тем самым повышается эффективность очистки воды.

Способ осуществляют следующим образом.

В приемный резервуар насосной станции подается освобожденная от грубых механических загрязнений сточная вода. В процессе ее подачи она подвергается кавитационной обработке с числом кавитации G=0,1-0,4. В приемном резервуаре вода аэрируется с помощью устройства для подачи воздуха до насыщения воды кислородом воздуха не менее чем 15-20 мг/л. В приемный же резервуар насосной станции вместе со сточной водой подается водно-иловая смесь из устройства седиментатора с дозой ила не меньше, чем 0.2 г/л, которая содержит флокулы активного ила, в значительной степени потерявшие работоспособность. Под воздействием кавитационной обработки с числом кавитации G=0,1-0,4 происходит процесс разрушения флокул и переход активного ила в первоначальное хлопьевидное состояние, т.е. по сути идет процесс регенерирования роста активного ила, участвующего в окислении загрязнений сточной воды за счет кавитации низкой интенсивности. Одновременно подавляется рост иных микроорганизмов, не участвующих в процессе окисления и сорбирования. Далее сточная вода перекачивается в трубопровод. В процессе перекачки она обрабатывается кавитацией с числом кавитации G=0,02-0,04 и аэрируется один или более раз до содержания кислорода в водно-иловой смеси не менее чем 15-20 мг/л. Кавитационная обработка такого режима способствует значительному повышению окислительной и сорбционной способности активного ила. После трубопровода очищаемая вода подается в устройство - седиментатор, установленное на выходе из трубопровода и содержащее плоскостные модули с закрепленной биологической загрузкой (биопленкой) и патрубки для отбора осветленной воды, отработанного ила и водно-иловой смеси.

Под воздействием разноименных зарядов биопленки и активного ила в седиментаторе происходит контакт вспухшего ила и биологической пленки, флокуляция вспухшего ила и гравитационное осаждение флокул. Флокулы вспухшего ила попадают в нижнюю иловую часть и удаляются оттуда через патрубок для отбора отработанного ила на переработку или на иловые площадки. Осветленная вода удаляется через патрубок седиментатора в верхней части устройства. В средней части устройства имеется патрубок для отбора водно-иловой смеси, с помощью которого она отбирается и подается в сточную воду, подаваемую в приемный резервуар насосной станции, на начальную стадию обработки. Производят отбор водно-иловой смеси с дозой ила 0,2-0,5 г/л и подают ее в приемный резервуар.

Указанные режимы обеспечивают необходимую работоспособность активного ила и эффективную очистку сточной воды.

Пример 1

Для очистки сточных вод в количестве 15000 м³/сут используется напорный трубопровод диаметром 800 мм, длиной 17200 м. В перекачке указанного количества сточной воды используются две перекачивающие насосные станции. Количество загрязнений в поступающей на перекачку сточной воде по БПК₂₀ (биологическая потребность кислорода в двадцати суточной пробе) составляет 214 мг/л. Перед подачей в приемный резервуар очищаемая вода проходит процесс механической очистки. Первая ступень очистки сточной воды заключается в обработке ее кавитацией низкой интенсивности с числом кавитации G=0,3 и насыщением ее кислородом воздуха 15 мг/л при помощи комбинированной аэрации. Затем предварительно насыщенную кислородом воздуха очищаемую воду подвергают повторной обработке кавитацией низкой интенсивности с числом кавитации G=0,04. В процессе прохождения очищаемой воды по участку трубопровода длиной 9500 м до следующей подкачивающей насосной станции количество загрязнений по БПК₂₀ снизилось до 42 мг/л, на второй насосной станции осуществляют аналогичную операцию по обработке очищаемой воды кавитацией низкой интенсивности и аэрации. В результате прохождения очищаемой воды по второму участку трубопровода длиной 7700 метров количество загрязнений снизилось по БПК₂₀ с 42 мг/л до 14 мг/л. В устройстве - седиментаторе количество загрязнений по БПК₂₀ снизилось до 3 мг/л. Далее очищенная вода удаляется через патрубок в верхней части устройства седиментатора. Отработанный ил удаляется, а из средней части седиментатора отбирается водно-иловая смесь в баки дозой ила 0,2 г/л, которая с помощью автотранспорта перевозится на начальную стадию процесса. Допустимая БПК₂₀ для водоемов рыбохозяйств пользования составляет 3 мг/л, и данная степень очистки достигнута в предлагаемом способе.

Примеры 1-6 приведены в таблице

Они иллюстрируют влияние параметров обработки на степень очистки воды.

ТАБЛИЦА
№	Исх. загр. БПК20 мг/л	Длина двух отрезков трубопровода, м	Степень насышен. кислород. Воздухом, мг/л	Число кавитации	Число кавитационных обработок, ед.	Доза ила, возвращ. в приемный резервуар г/л	Степень очистки по БПК20 мг/л
В приемн. резервуаре	II При перекачке
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	214	17200	15	0,3	0,04	4	0,2	3,0
2	214	17200	19	0,1	0,02	4	0,4	2,1
3	214	17200	21	0,4	0,03	4	0,5	2,9
4	214	17200	18	0,2	0,05	4	0,6	3,3
5	214	17200	17	0,5	0,05	4	0,6	3,3
6	214	17200	14	0,3	0,03	4	0,1	7,0

Предлагаемый способ позволяет уменьшить стоимость очистки воды по сравнению с прототипом в 1,5-2 раза за счет уменьшения площадей, занимаемых очистными сооружениями, в 3-4 раза, упрощения используемого оборудования, а также улучшить степень очистки воды.

Способ биологической очистки сточных вод, включающий сорбцию и окисление в биоценозе активного ила путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, подвергнутой кавитационной обработке низкой интенсивности, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила путем флокуляции с помощью биологически активной пленки и гравитационного осаждения, возврат вспухшего ила в зону аэрации, отличающийся тем, что биологическую сорбцию и окисление ведут в напорном трубопроводе в процессе перекачки, аэрацию осуществляют не менее чем дважды - в приемном резервуаре насосной станции и в процессе перекачки по трубопроводу со степенью насыщения воды кислородом воздуха не менее чем 15-20 мг/л, отделение очищенной воды и задержку вспухшего ила ведут в устройстве-седиментаторе, установленном на выходе из трубопровода и содержащем плоскостные модули с закрепленной биологической загрузкой и патрубки для отбора осветленной воды, отработанного ила и водно-иловой смеси, кавитационную обработку сточной воды при перекачке в приемный резервуар насосной станции ведут с числом кавитации G=0,1-0,4, а при перекачке по трубопроводу - с числом кавитации G=0,02-0,04, необходимую окислительную и сорбционную активность активного ила поддерживают за счет отбора водно-иловой смеси с дозой не менее 0,2 г/л из средней части устройства-седиментатора.