Способ биохимической очистки сточных вод
Изобретение относится к способам биологической очистки хозяйственно-бытовых, сельскохозяйственных и производственных сточных вод. Способ включает аэробное биоокисление загрязнителей сточных вод в аэротенке в присутствии активного ила, часть которого обработана ультразвуком, с последующим отстаиванием иловой суспензии в отстойнике, отводом очищенной воды из очистных сооружений, возвратом циркулирующего активного ила в аэротенк. Перед поступлением в аэротенк в сточные воды, находящиеся в первичном отстойнике, непрерывно подают смесь аэробно стабилизированного и обработанного ультразвуком избыточного активного ила (иловую смесь). Режим обработки ультразвуком - частота 22 кГц, интенсивность 6-8 Вт/см2, время 0,5-2,0 мин. Объем иловой смеси - 1-2% от объема циркулирующего активного ила при соотношении избыточный активный ил: аэробно стабилизированный активный ил 1:1÷1:2. Способ обеспечивает повышение степени очистки концентрированных и сложных по составу сточных вод, содержащих трудноокисляемые ксенобиотики и токсиканты, а также снизить затраты на биогенные элементы. 5 табл.
Изобретение относится к области биологической очистки хозяйственно-бытовых, сельскохозяйственных и производственных сточных вод.
Традиционный способ биологической очистки сточных вод, заключающийся в аэрировании смеси очищаемых стоков и иловой суспензии даже при условии сбалансированности состава стоков по С, N, Р (100:5:1) /СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения/ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 72 с./ не обеспечивает необходимого качества очистки при обработке сложных по составу сточных вод, содержащих трудноокисляемые компоненты и токсиканты, особенно при залповых сбросах последних.
Для достижения требуемой степени очистки используется ряд приемов, включая ультразвуковую обработку промышленных илов с целью повышения их биофлокулирующей и ферментативной активности.
Известен способ аэробной биологической очистки сточных вод с добавлением в первичный и вторичный отстойники избыточного активного ила, который подвергают физико-механической обработке, осуществляемой путем механического, гидравлического, пневматического, кавитационного, ультразвукового или дезинтегрирующего воздействия на активный ил, для стимулирования процесса выделения микроорганизмами внеклеточных биополимеров, повышения за счет этого биофлокулирующей способности иловой смеси и увеличения концентрации биокоагулянта в ней (патент РФ №2073648, опубл. 20.02.97, 7 С02F 3/02).
Однако данный способ предназначен для отделения взвешенных веществ в узле первичного и вторичного отстаивания, а не растворимых трудноокисляемых ксенобиотиков и токсикантов, что не снижает токсичности промстоков, поступающих на узел биологической очистки и, как следствие, не достигается требуемая степень очистки сточных вод по специфическим ингредиентам. Кроме того, использование в качестве коагулянта избыточного активного ила, не находящегося в эндогенной фазе метаболизма, приводит к значительному увеличению объема обрабатываемой иловой суспензии ввиду невысокой концентрации экзополимеров, характерной для молодых, находящихся в экспоненциальной фазе развития биоценозов активного ила. В результате возрастает стоимость обработки ила, а также возможно ухудшение процесса осветления воды из-за введения в очищаемую систему большого количества мелкодисперсных и коллоидных частиц (неразрушенные клеточные структуры). В случае использования избыточного активного ила, находящегося в эндогенной фазе развития, данный способ применим лишь для биостанций, работающих в режиме продленной аэрации.
Повышения ферментативной активности промышленных илов можно достичь введением биостимуляторов в иловую суспензию.
Известен способ биологической очистки сточных вод активным илом в аэротенке в присутствии биостимулятора, в качестве которого используют фильтрат, полученный из смеси дезинтегрированного анаэробно сброженного осадка, содержащий дополнительно цианокобаламин, никотиновую кислоту. Для этого термофильно сброженный осадок подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 секунд при частоте ультразвука 25 кГц и мощности 5-6 Вт/см2 с последующим смешением с реагентом - частично гидролизованным хлористым алюминием - и осветляют через ткань (патент СССР №1182004, опубл. 30.09.83, 4 C02F 3/02).
Многостадийность и усложнение аппаратурного оформления процесса водоочистки является недостатком данного способа.
Наиболее близким предлагаемому изобретению по назначению и технической сущности является способ биохимической очистки сточных вод от органических соединений, включающий обработку сточных вод в аэротенке, отделение активного ила от очищенной воды в отстойнике, гомогенизацию части активного ила с последующим возвратом всего активного ила в аэротенк, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности процесса и повышения степени очистки, гомогенизацию 0,3-0,5% активного ила осуществляют ультразвуком частотой 1-28 кГц, интенсивностью 0,7-3,0 Вт/см2 в течение 1-3 мин и периодичностью воздействия 3-4 раза в сутки при одновременной аэрации (патент РФ №1219530, опубл. 18.08.83, 4 C02F 3/02).
К недостаткам данного способа можно отнести ультразвуковую обработку части циркулирующего активного ила и периодичность подачи гомогенизированной иловой суспензии.
Ультразвуковая обработка 0,3-0,5% (согласно прототипу) от общей массы циркулирующего активного ила, поступающего на узел биологической очистки, может привести к снижению эффективности процесса водоочистки, особенно, в случае очистки концентрированных сточных вод, содержащих ксенобиотики и токсиканты, в результате снижения требуемой дозы активного ила, что повлечет за собой отклонение от оптимальной нагрузки на ил и ухудшение качества очищенных стоков, т.к. при ультразвуковом воздействии возможна деструкция части бактериальных клеток ила. Кроме того, происходит высвобождение внутриклеточных биогенных элементов, дополнительное поступление которых в иловую суспензию может нарушить оптимальное соотношение БПК:N:Р (100:5:1), что негативно влияет на устойчивость работы узла биологической очистки.
Также, учитывая непрерывный режим процесса биохимической очистки сточных вод, периодическая обработка активного ила на практике будет являться недостаточным условием эффективной работы узла биологической очистки в связи с циклическим характером введения высвобожденных ферментов и биостимуляторов в иловую смесь.
Задача предлагаемого изобретения - повышение степени очистки концентрированных и сложных по составу сточных вод, содержащих трудноокисляемые ксенобиотики и токсиканты, и снижение затрат на биогенные элементы.
Поставленная задача достигается разработкой и использованием способа биохимической очистки сточных вод в присутствии активного ила, часть которого обработана ультразвуком, включающего аэробное биоокисление загрязнителей сточных вод в аэротенке с последующим отстаиванием иловой суспензии в отстойнике, отводом очищенной воды из очистных сооружений, возвратом циркулирующего активного ила в аэротенк. Перед поступлением в аэротенк в сточные воды, находящиеся в первичном отстойнике, непрерывно подают смесь аэробно стабилизированного ила и избыточного активного ила, обработанного ультразвуком частотой 22 кГц, интенсивностью 6-8 Вт/см2 в течение 0,5-2,0 минуты, причем объем иловой смеси составляет 1-2% от объема циркулирующего активного ила при соотношении избыточный активный ил: аэробно стабилизированный активный ил 1:1÷1:2.
Выбор смеси избыточного и аэробно стабилизированного илов обусловлен необходимостью повышения концентрации как эндо-, так и экзоферментов, а также содержания экзополимеров (биофлокулянт) в обрабатываемой среде.
Представленные экспериментальные данные приведены в следующих таблицах: таблица 1 - Влияние условий ультразвуковой обработки на ферментативную активность илов, таблица 2 - Эффективность осветления стоков в узле первичного отстаивания, таблица 3 - Степень очистки сточных вод по контрольным показателям без добавления озвученной иловой смеси, таблица 4 - Степень очистки (%) сточных вод по контрольным показателям в зависимости от условий обработки и подачи иловой смеси; таблица 5 - Повышение содержания биогенных элементов в системе сточная вода - иловая смесь.
Для определения необходимости ультразвуковой обработки избыточного и аэробно стабилизированного активных илов и выбора оптимального режима ультразвукового воздействия, как избыточный, так и аэробно стабилизированный активный ил обрабатывали в поле ультразвуковых волн с частотой 22 кГц в интервале интенсивности 4-10 Вт/см2 и продолжительности 0,5-10 мин. Результаты экспериментальных исследований обобщены в таблице №1.
Из табличных данных видно:
1. Избыточный активный ил обладает более высокой дегидрогеназной, а аэробно стабилизированный - протеолитической активностью. Учитывая поставленную задачу - повышение качества очищенных стоков по ксенобиотикам и токсикантам - обработке ультразвуком необходимо подвергать избыточный активный ил, так как увеличение дегидрогеназной активности иловой смеси приводит к более глубокому окислению всех органических примесей сточных вод, к которым относятся вышеуказанные трудноокисляемые компоненты стоков, в то время как протеолитические ферменты воздействуют только на загрязнители белковой природы.
2. Лучшие результаты по повышению ферментативной активности илов достигаются при ультразвуковой обработке в интервале интенсивности 6-8 Вт/см2 и продолжительности озвучивания 0,5-2 мин.
3. Незначительное повышение ферментативной активности обработанных илов при интенсивности 4 Вт/см2 и инактивация ферментов при интенсивности 10 Вт/см2 обусловливают нецелесообразность использования этих режимов озвучивания.
Необходимость использования смеси аэробно стабилизированного и избыточного активного ила, обработанного ультразвуком, подтверждают экспериментальные исследования, показывающие повышение степени осветления сточных вод в узле первичного отстойника, учитывая возможность нахождения специфических ингредиентов стока в коллоидном и взвешенном состоянии. Эксперименты проводили следующим образом.
В очищаемую сточную воду с начальным содержанием взвешенных веществ 260,1 мг/л, поступающую в первичный отстойник, добавляют иловую смесь в объеме 1-3% от объема циркулирующего ила и соотношении избыточного активного ила и аэробно стабилизированного ила 1:1, 1:2 и 2:1 соответственно, причем первый обрабатывают ультразвуком при интенсивности 6-8 Вт/см2 и времени озвучивания 0,5-2 мин. Результаты экспериментальных исследований обобщены в таблице 2.
Из табличных данных видно, что лучшая эффективность осветления сточных вод наблюдается при объеме иловой смеси 1-2% и соотношении избыточного и аэробно стабилизированного илов - 1:1÷1:2.
Для подтверждения эффективности предлагаемого способа биологической очистки концентрированных и сложных по составу сточных вод, содержащих ксенобиотики и токсиканты, способ осуществляют следующим образом. В очищаемую сточную воду с ХПК-1287 мг/л, БПК-436 мг/л, концентрацией фенолов 14,1 мг/л, СПАВов 23,6 мг/л, поступающую в первичный отстойник, добавляют иловую смесь в объеме 1-3% от объема циркулирующего ила и соотношении избыточного активного ила и аэробно стабилизированного ила 1:1, 1:2 и 2:1 соответственно. Избыточный активный ил предварительно был обработан ультразвуком при интенсивности 6-8 Вт/см и времени озвучивания 0,5-2 мин.
Параллельно проводили экспериментальные исследования, предусматривающие подачу такой же иловой смеси непосредственно в аэротенк. Данные обобщены в таблицах 3 и 4.
Из приведенных данных видно:
1. Введение смеси озвученного избыточного и аэробно стабилизированного активного ила в исследованных объемах и соотношениях как в узел биологической очистки, так и в узел первичного отстаивания, приводит к существенному повышению степени очистки сточных вод по контрольным показателям.
2. Более высокая степень очистки достигается при предварительной обработке сточной воды вышеупомянутой иловой смесью в узле первичного отстаивания.
3. Лучшие результаты достигаются при объеме иловой смеси - 1-2% от циркулирующего активного ила и соотношении озвученного избыточного и аэробно стабилизированного илов 1:1÷1:2 соответственно.
Предлагаемое соотношение илов позволяет снизить расход биогенных элементов, подаваемых на узел биологической очистки.
Для определения экономии биогенных элементов сточные воды с БПК 436 мг/л, суммарным «азотом» - 4,8 мг/л и «фосфором» 1,7 мг/л перемешивают со смесью аэробно стабилизированного и избыточного активного ила, обработанного ультразвуком при интенсивности 6-8 Вт/см и времени озвучивания 0,5-2 мин, взятых в соотношении 1:2 соответственно, при суммарном объеме иловой смеси - 2% от циркулирующего активного ила. После смешения определяют концентрацию биогенных элементов в исследуемой смеси сточной воды и иловой суспензии по стандартным методикам аналитического контроля /Лурье Ю.Ю., Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984., с.170, с.214/. Результаты обобщены в таблице 5.
Смешение сточных вод с иловой смесью позволяет повысить содержание биогенных элементов соответственно по азоту на 15,8% и фосфору - 10,6%.
Таким образом, предлагаемый способ биохимической очистки концентрированных и сложных по составу сточных вод, содержащих ксенобиотики и токсиканты, по сравнению с известным обеспечивает повышение качества очищенного стока по ХПК с 73,1 до 98,3%, БПК с 84,3 до 99,8%, фенолу с 79,0 до 96,4%, СПАВам с 65,4 до 95,4%, взвешенным веществам (в узле первичного отстаивания) с 49,6 до 68,9%. Достоинством предлагаемого способа является также возможность снижения затрат на биогенные элементы.
| Таблица 1 | |||||
| Влияние условий ультразвуковой обработки ила на его ферментативную активность илов (частота 22 кГц) | |||||
| Интенсивность, Вт/см2 | Время обработки, мин | Избыточный активный ил | Стабилизированный активный ил | ||
| Дегидрогеназная активность, мг/г | Протеолитическая активность, | Дегидрогеназная активность, мг/г | Протеолитическая активность, | ||
| Исходный ил | 4,4 | 24,7 | 2,3 | 37,9 | |
| 4 | 0,5 | 7,3 | 24,9 | 2,7 | 38,1 |
| 2 | 10,3 | 27,2 | 3,3 | 38,8 | |
| 5 | 11,4 | 25,9 | 3,8 | 36,1 | |
| 10 | 10,2 | 20,1 | 3,6 | 33,2 | |
| 6 | 0,5 | 8,9 | 25,6 | 2,9 | 39,4 |
| 2 | 14,7 | 28,8 | 4,6 | 41,1 | |
| 5 | 5,9 | 26,3 | 2,4 | 38,2 | |
| 8 | 0,5 | 14,4 | 28,3 | 5,1 | 41,4 |
| 2 | 15,3 | 26,4 | 4,5 | 39,6 | |
| 5 | 4,3 | 25,1 | 2.1 | 38,1 | |
| 10 | 0,5 | 2,8 | 21,2 | 1,2 | 30,9 |
| 2 | 1,1 | 11,8 | 0,8 | 23,1 |
| Таблица 2 | ||||
| Эффективность осветления стоков в узле первичного отстаивания | ||||
| Объем иловой смеси*, % | Озвученный избыточный ил: стабилизированный ил | Концентрация взвешенных веществ в сточной воде, мг/л | Эффективность отстаивания, % | |
| До отстаивания | После отстаивания | |||
| Без добавления иловой смеси | 260,1 | 131,0 | 49,6 | |
| 1 | 1:1 | 260,1 | 98,6 | 62,1 |
| 1:2 | 94,2 | 63,8 | ||
| 2:1 | 103,3 | 60,3 | ||
| 2 | 1:1 | 90,3 | 65,3 | |
| 1:2 | 80,9 | 68,9 | ||
| 2:1 | 101,2 | 61,1 | ||
| 3 | 1:1 | 153,9 | 40,8 | |
| 1:2 | 151,6 | 41,7 | ||
| 2:1 | 159.9 | 38.5 | ||
| *-от объема циркулирующего активного ила |
| Таблица 3 | |||
| Степень очистки сточных вод по контрольным показателям без добавления иловой смеси | |||
| Показатели | Концентрация, мг/л | Степень очистки, % | |
| До очистки | После очистки | ||
| ХПК | 1287 | 347,5 | 73,1 |
| ВПК | 436 | 68,5 | 84,3 |
| Фенол | 14.1 | 2,9 | 79 |
| СПАВ | 23,6 | 8,2 | 65,4 |
| Таблица 4 | |||||||||
| Степень очистки (%) сточных вод по контрольным показателям в зависимости от условий обработки и подачи иловой смеси | |||||||||
| Объем обрабатываемо и суспензии, % | Озвученный избыточный ил: стабилизированный ил | Условия подачи обработанной иловой суспензии | |||||||
| В аэротенк | В первичный отстойник | ||||||||
| ХПК | БПК | Фенол | СПАВ | ХПК | БПК | Фенол | СПАВ | ||
| 1 | 1:1 | 93,9 | 98,7 | 92 | 79,9 | 94,7 | 99,1 | 91,1 | 90,9 |
| 1:2 | 93,4 | 98,9 | 91,9 | 81,4 | 95,6 | 99,6 | 94,8 | 93,7 | |
| 2:1 | 94,3 | 98,8 | 92,8 | 82,8 | 96,3 | 99,1 | 95,9 | 94,2 | |
| 2 | 1:1 | 95 | 99,1 | 92,6 | 86,1 | 97 | 99,4 | 93,2 | 92,1 |
| 1:2 | 95,7 | 99,6 | 93,8 | 88,4 | 98,3 | 99,8 | 96,4 | 95,4 | |
| 2:1 | 94,8 | 99,4 | 93,1 | 87,2 | 96,3 | 99,6 | 97,1 | 96,8 | |
| 3 | 1:1 | 93 | 98,4 | 91,1 | 82,6 | 94 | 99,4 | 94,9 | 91,6 |
| 1:2 | 93,1 | 98,7 | 91,8 | 85,9 | 94,7 | 99,1 | 96,8 | 94,8 | |
| 2:1 | 93,3 | 98,1 | 91,5 | 86,9 | 94,2 | 99,3 | 97,9 | 95,1 |
| Таблица 5 | |||
| Повышение содержания биогенных элементов в системе сточная вода - иловая смесь | |||
| Биогенные элементы | Сточная вода | Иловая смесь | % повышения |
| Азот, мг/л | 4,8 | 5,56 | 15,8 |
| Фосфор, мг/л | 1,7 | 1,88 | 10,6 |
Способ биохимической очистки сточных вод в присутствии активного ила, часть которого обработана ультразвуком, включающий аэробное биоокисление загрязнителей сточных вод в аэротенке с последующим отстаиванием иловой суспензии в отстойнике, отводом очищенной воды из очистных сооружений, возвратом циркулирующего активного ила в аэротенк, отличающийся тем, что перед поступлением в аэротенк в сточные воды, находящиеся в первичном отстойнике, непрерывно подают смесь аэробно стабилизированного ила и избыточного активного ила, обработанного ультразвуком частотой 22 кГц, интенсивностью 6-8 Вт/см2, в течение 0,5-2,0 мин, причем объем иловой смеси составляет 1-2% от объема циркулирующего активного ила при соотношении избыточный активный ил: аэробно стабилизированный активный ил 1:1÷1:2.
