Способ удаления азота из сточной жидкости

Изобретение относится к способу очистки сточных вод и может быть использовано как на малых, так и на крупных очистных сооружениях канализации хозяйственно-фекальных и близких к ним по составу производственных сточных вод. Проводят осветление сточных вод в первичном отстойнике 1. Затем очищаемые стоки подают в денитрификатор 2, после чего они проходят аэробную зону 3 и нитрификатор 4. Разделяют иловую смесь во вторичном отстойнике 5. По внешнему контуру осуществляют возврат нитрифицированного активного ила в денитрификатор 2. Степень рециркуляции активного ила по внешнему контуру составляет 130-160%, а продолжительность нахождения во вторичном отстойнике - не менее 15 мин. Биологически очищенные сточные воды направляют на дальнейшую доочистку. Изобретение позволяет повысить степень удаления из сточной жидкости соединений азота до предельно-допустимой концентрации. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к способу очистки сточных вод и может быть использовано как на малых, так и на крупных очистных сооружениях канализации хозяйственно-фекальных и близких к ним по составу производственных сточных вод.

Известен биологический способ удаления азота из сточной жидкости методом нитрификации-денитрификации, разработанный фирмой «Экотон» [патент Российской Федерации на полезную модель «Компактная установка биологической очистки и обеззараживания сточных вод с использованием мембранной фильтрации». Заявка: 2007137067/22 RU 70512 U1], заключающийся в прохождении сточной жидкости предварительной очистки на решетках, усреднении в усреднителе, удалении загрязняющих веществ на стадии биологической очистки. После усреднения сточную жидкость подают в денитрификатор, или как он иначе называется аноксидную зону, где происходит окисление растворимых и нерастворимых органических загрязнений и восстановление азота нитратного NO3- до элементарного азота N2. Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии емкость денитрификатора оборудуют мешалками. Из денитрификатора сточную жидкость подают в нитрификатор, предназначенный для окисления азотсодержащих соединений до нитратов NO3- и нитритов NO2-. Иловая смесь из нитрификатора поступает для разделения в многокассетный мембранный модуль. Очищенную сточную жидкость удаляют из системы, а концентрированный нитрифицированный активный ил возвращают в денитрификатор. При этом рекомендуется 2-4-кратная рециркуляция иловой смеси.

Недостатком данной технологии удаления азота из сточной жидкости является ограниченная область применения, так как установка предназначена для очистки сточных вод небольших населенных пунктов, и высокая степень рециркуляции иловой смеси.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ, разработанный фирмой «Бернард» [Эпов А.Н., Баженов В.Н. Расчет рецикла денитрификации. / А.Н.Эпов, В.Н.Баженов // Известия вузов. Строительство.- 2006, №5 с.81-84.] - прототип, предусматривающий осветление сточной жидкости в первичном отстойнике, окисление органических веществ в денитрификаторе за счет использования связанного кислорода нитратов, доокисление невостребованных в денитрификаторе органических загрязнений в аэробной зоне, окисление азотсодержащих загрязнений до нитритов и нитратов, разделение иловой смеси во вторичном отстойнике и возврат нитрифицированного активного ила в денитрификатор. Извлечение азота осуществляется посредством прохождения сточной жидкости трех чередующихся зон в процессе биологической очистки: денитрификатора, аэробной зоны, нитрификатора. В денитрификаторе происходит окисление растворимых и нерастворимых органических загрязнений и восстановление азота нитратного NO3- до элементарного азота N2. Емкость денитрификатора оборудуют мешалками для поддержания активного ила во взвешенном состоянии. В аэробной зоне окисляются органические вещества, невостребованные в денитрификаторе. Третья зона - нитрификатор предназначен для окисления азотсодержащих соединений до нитратов NO3- и нитритов NO2-. Рециркуляцию активного ила осуществляют по двум контурам: внешнему (вторичный отстойник-денитрификатор-нитрификатор-вторичный отстойник) степень рециркуляции - 40% и внутреннему (нитрификатор - денитрификатор - аэробная зона - нитрификатор) степень рециркуляции - 150%. Качество очищенной сточной жидкости при использовании данной технологической схемы довольно высокое, но недостаточное для защиты водоемов от антропогенного эвтрофирования: биохимическая потребность в кислороде за 20 суток БПКП0Л составляет 7 мг/л, взвешенные вещества - 20 мг/л, азот нитратный - 5-5,5 мг/л, азот аммонийный - 2 мг/л.

К недостаткам способа-прототипа удаления азота относится высокая степень рециркуляции активного ила, не обеспечивающая поддержания нормативного кислородного режима в зоне денитрификации (табл.). Процесс денитрификации возможен при O2=0,1-0,5 мг/л, при этом нитрифицирующие бактерии используют связанный кислород нитратов и нитритов, а при O2>0,5 мг/л они перестраивают метаболизм на использование свободного кислорода, и процесс восстановления нитратов затормаживается.

В таблице приведены данные, полученные расчетным путем и показывающие влияние степени рециркуляции нитрифицированного активного ила по внутреннему контуру на концентрацию растворенного кислорода в денитрификаторе в зависимости от его концентрации в циркулирующем потоке. При минимальной степени рециркуляции Ri=150% и оптимальной концентрации растворенного кислорода в нитрификаторе 3,5 мг/л концентрация растворенного кислорода в денитрификаторе составит около 2 мг/л, вместо 0,1-0,5 мг/л, а при степени рециркуляции по внутреннему контуру 285% растворенный кислород составляет 2,5 мг/л.

Таблица
Концентрация O2 в циркулирующем активном иле, мг/л Концентрация растворенного кислорода в денитрификаторе мг/л при степени рециркуляции активного ила (Ri),%
30 50 75 100 200 300 400 500
2 0,45 0,7 0,9 1 1,3 1,5 1,6 1,7
2,5 0,6 0,8 1,1 1,25 1,7 1,9 2 2,1
3 0,7 1 1,3 1,5 2 2,25 2,4 2,5
3,5 0,8 1,2 1,5 1,75 2,3 2,6 2,8 2,9
4 0,9 1,3 1,7 2 2,7 3 3,2 3,3
5 1,2 1,7 2,1 2,5 3,3 3,6 4 4,2
6 1,4 2 2,6 3 4 4,5 4,8 5

Технической задачей изобретения является повышение степени удаления из сточной жидкости соединений азота до предельно-допустимой концентрации (ПДК): азот аммонийный в пересчете на азот N (N-NH4+) - 0,4 мг/л, азот нитратный в пересчете на азот N (N-NO3-) - 9 мг/л.

Техническая задача решается следующим образом. В способе удаления азота из сточной жидкости, включающем осветление сточной жидкости в первичном отстойнике, окисление органических веществ в денитрификаторе за счет использования связанного кислорода нитратов, доокисление невостребованных в денитрификаторе органических загрязнений в аэробной зоне, окисление азотсодержащих загрязнений до нитритов и нитратов, разделение иловой смеси во вторичном отстойнике и возврат нитрифицированного активного ила в денитрификатор, согласно изобретению возврат нитрифицированного активного ила в денитрификатор осуществляется только по внешнему контуру, включающему вторичный отстойник-денитрификатор-нитрификатор-вторичный отстойник, при степени рециркуляции по внешнему контуру 130-160%, продолжительности нахождения активного ила во вторичном отстойнике не менее 15 мин, соотношении в сточной жидкости, поступающей в денитрификатор, азота нитратного в пересчете на азот N к биохимическому потреблению кислорода за 20 суток в пределах 1:7-1:10.

Изобретение иллюстрируется чертежом, схематически показывающим способ удаления азота из сточной жидкости.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что сточная жидкость после первичного отстойника 1 попадает в денитрификатор 2, после чего она проходит аэробную зону 3 и нитрификатор 4, во вторичном отстойнике 5 происходит разделение иловой смеси, и нитрифицированный активный ил в количестве 130-160% от расхода поступающей сточной жидкости (степень рециркуляции) по трубопроводу внешнего контура 7 возвращается при помощи насосной станции 6 в денитрификатор 2.

Для восстановления азота нитратного N-NO3- до элементарного азота N2 сточная жидкость подается в денитрификатор или, как иначе он называется, бескислородную зону, рассчитанную на обработку в течение 1-2 часов при следующих параметрах осветленной сточной жидкости: концентрация взвешенных веществ 50-100 мг/л, биохимическая потребность в кислороде за 20 суток БПКполн 70-150 мг/л, азот аммонийный в пересчете на азот N (N-NH4+) 15-25 мг/л. В денитрификатор подают нитрифицированный активный ил из вторичного отстойника в количестве, обеспечивающем степень рециркуляции по внешнему контуру Ri=130-160%. Циркуляция активного ила в системе: вторичный отстойник-денитрификатор-нитрификатор-вторичный отстойник называется внешним контуром рециркуляции. При степени рециркуляции ниже 130% наблюдается низкий эффект ЭN удаления азота, а выше 160% экономически нецелесообразно, так как увеличение степени рециркуляции активного ила приводит лишь к незначительному повышению эффекта удаления азота. Емкость денитрификатора оборудуют механическими мешалками для поддержания иловой смеси во взвешенном состоянии. В денитрификаторе происходит окисление органических соединений бактериями-денитрификаторами, использующими связанный кислород нитритов и нитратов с последовательным восстановлением до азота элементарного. Нитраты восстанавливаются сначала до нитритов NO2-, затем до оксидов азота NO и N2O, и на завершающем этапе оксиды восстанавливаются до элементарного азота N2. Восстановление нитритов происходит по аналогичной схеме: N03-→NO2-→NO→N2O→N2. Для эффективного восстановления нитратов и нитритов необходимо, чтобы соотношение азота нитратного в пересчете на азот N к БПКполн составляло 1:7-1:10. При соотношении менее чем 1:7 требуется вводить в денитрификатор искусственный питательный субстрат (метанол, уксусную кислоту, спирт). Когда количество поступающих загрязнений превышает требуемую концентрацию, невостребованные загрязнения поступают в аэробную зону, и требуется больший объем аэротенка.

Аэробная зона предназначена для окисления органических веществ, невостребованных в денитрификаторе. Продолжительность нахождения иловой смеси в этой зоне составляет 1-1,8 часа, при низком значении биохимической потребности в кислороде за 20 суток БПКполн аэробную зону можно исключить. Мелкопузырчатая система аэрации в аэробной зоне необходима не только для поддержания активного ила во взвешенном состоянии, но и для обеспечения требуемой концентрации растворенного кислорода в иловой смеси, а именно 2-3 мг/л.

В нитрификаторе происходит окисление азота аммонийного N-NH4+ до нитритов N-NO2- и нитратов N-NO3-. Продолжительность нахождения сточной жидкости в этой зоне составляет 2-3,5 часа. Система распределения воздуха мелкопузырчатая, она также обеспечивает не только нахождение активного ила во взвешенном состоянии, но и требуемую концентрацию растворенного кислорода 4-5 мг/л.

Во вторичном отстойнике происходит разделение активного ила и завершение процесса окисления органических загрязнений. В процессе доокисления используется свободный кислород в иловой смеси, который снижается при этом до 0,1-0,5 мг/л. Потери растворенного кислорода в иловой смеси вторичных отстойников проверены опытным путем. Наибольшая степень снижения растворенного кислорода в иловой смеси наблюдается в первые 15 минут, за этот период теряется примерно 80% при исходной средней концентрации кислорода 3-5 мг/л.

При продолжительности нахождения иловой смеси во вторичном отстойнике менее 15 мин концентрация растворенного кислорода снижается на 10-30%. Максимальная продолжительность нахождения активного ила не должна превышать 2 часов, так как во вторичном отстойнике развиваются процессы аммонификации и дефосфатизации, и сточная жидкость обогащается азотом и фосфором.

Например, в емкости с концентрацией иловой смеси 4 г/л концентрация растворенного кислорода за 15 минут может снизиться с 4 до 0,8 мг/л. Дальнейшее снижение свободного кислорода осуществляется постепенно и зависит от дозы активного ила.

Отвод биологически очищенной сточной жидкости после вторичного отстойника осуществляют на дальнейшую очистку или доочистку, а осевший нитрифицированный активный ил насосами возвращают в денитрификатор, где в условиях острого дефицита кислорода (0,1-0,5 мг/л) происходит восстановление окисленных форм азота до азота элементарного.

Степень рециркуляции по внешнему контуру изобретения определяют из уравнения материального баланса азота, до и после денитрификатора-аэробной зоны-нитрификатора.

В предлагаемом способе можно достичь высокого качества очищенной сточной жидкости: взвешенные вещества до 10 мг/л, БПКполн до 15 мг/л, CN-NH4+ до 0,4-0,5 мг/л, CN-NO3- до 6-7 мг/л при следующих исходных параметрах осветленной сточной жидкости: взвешенные вещества - 80-100 мг/л, биохимическая потребность в кислороде за 20 суток БПКполн - 100-110 мг/л, температура сточной жидкости - 19-21°С, доза активного ила - 1,5-2,5 г/л, активная реакция среды рН - 7,1-7,8, концентрация азота аммонийного в пересчете на азот СN-NH4+ - 24-29 мг/л.

Способ удаления азота из сточной жидкости, включающий осветление сточной жидкости в первичных отстойниках, окисление органических веществ в денитрификаторе за счет использования связанного кислорода нитратов, доокисление невостребованных в денитрификаторе органических загрязнений в аэробной зоне, окисление азотсодержащих загрязнений до нитритов и нитратов, разделение иловой смеси во вторичном отстойнике и возврат нитрифицированного активного ила в денитрификатор, отличающийся тем, что возврат нитрифицированного активного ила в денитрификатор осуществляют только по внешнему контуру, включающему вторичный отстойник - денитрификатор - нитрификатор - вторичный отстойник, при степени рециркуляции по внешнему контуру 130-160%, продолжительности нахождения активного ила во вторичном отстойнике не менее 15 мин, соотношении в сточной жидкости, поступающей в денитрификатор, азота нитратного в пересчете на азот к биохимическому потреблению кислорода за 20 суток в пределах 1:7-1:10.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для очистки промышленных и бытовых сточных вод от широкого спектра растворенных и взвешенных органических соединений.

Изобретение относится к биохимической очистке промышленных сточных вод трубного производства от ионов тяжелых металлов и сульфатов. .

Изобретение относится к области биологической очистки сточных вод от органических соединений, азота и фосфора. .

Изобретение относится к устройствам биологической очистки сточных вод и переработки выделяемых осадков и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях.

Изобретение относится к способам биологической очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод. .

Изобретение относится к методам очистки бытовых и промышленных сточных вод от органических и минеральных примесей и может быть использовано на очистных станциях небольшой и средней производительностей.

Изобретение относится к способу получения продуктов переработки веществ органического происхождения в процессе сбраживания за счет инициирующего участия микроорганизмов, обладающих повышенной активностью и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, включая микробиологическую и пищевую промышленности.

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод. .

Изобретение относится к очистке городских сточных вод, а также сточных вод пищевой промышленности и животноводческих комплексов и предназначено для удаления из сточной жидкости фосфора в виде ионов PO4 3-.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности при новом строительстве и реконструкции действующих очистных сооружений.

Изобретение относится к области биологической очистки воды

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к технологии переработки животноводческих стоков, например жидкого навоза, а именно к способу хранения и подготовки к утилизации органических отходов животноводства

Изобретение относится к очистке бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в небольших населенных пунктах и отдельно расположенных объектах

Изобретение относится к способу очистки в SBR-реакторе аммонийсодержащей сточной воды в системе с активным илом, в которой во время первой реакции аммоний превращают в нитрит, а в параллельно протекающей второй реакции аммоний и нитрит превращают в молекулярный азот, при этом концентрацию кислорода в реакторе поддерживают на низком уровне

Изобретение относится к компактным индивидуальным биологическим системам очистки хозяйственно-бытовых сточных вод активным илом во взвешенном состоянии и может быть использовано в отдельно стоящих зданиях, а также в небольших поселках
Изобретение относится к биологической очистке сточных вод

Изобретение относится к способам биологической очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве городов, поселков и промышленных предприятий при очистке сточных вод от органических загрязнений, азота и фосфора

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к очистке с использованием погружных дисковых фильтров, и может быть использовано для очистки производственных и коммунальных стоков, а также для загрязненных природных вод

Изобретение относится к устройствам биологической очистки хозяйственно-бытовых и близких по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях

Изобретение относится к способу очистки сточных вод и может быть использовано как на малых, так и на крупных очистных сооружениях канализации хозяйственно-фекальных и близких к ним по составу производственных сточных вод

Наверх