Способ биологической доочистки сточных вод



Способ биологической доочистки сточных вод
Способ биологической доочистки сточных вод
Способ биологической доочистки сточных вод
Способ биологической доочистки сточных вод
Способ биологической доочистки сточных вод
Способ биологической доочистки сточных вод

 


Владельцы патента RU 2541451:

Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского (RU)

Способ биологической доочистки сточных вод относится к области охраны окружающей среды, предназначен для очистки городских сточных вод от солей азота и фосфора и может быть использован на станциях по очистке хозяйственно-бытовых стоков, а также на станциях по подготовке воды для технологических и хозяйственно-бытовых нужд.

В способе сточные воды направляют в систему доочистки сточных вод, что предусматривает культивирование водоросли Spirulina platensis в бассейнах. При организации системы доочистки рассчитывают количество биомассы, которую можно получить из литра стоков для снижения уровня нитратов до предельно допустимых концентраций (ПДК), по формуле:

Учитывая данную величину, рассчитывают площадь зеркала культиватора для добычи заданного количества биомассы водорослей за сутки при круглогодичном культивировании по формуле:

Способ доочистки сточных вод, после стадии биологической очистки, имеет ряд преимуществ:

- повышается эффективность системы за счет удаления биогенных элементов;

- способ соответствует требованиям практической значимости, простой, универсальный и может применяться для разных систем, использующих мелиоративные свойства фототрофов.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, предназначено для очистки городских сточных вод от солей азота и фосфора и может быть использовано на станциях по очистке хозяйственно-бытовых стоков, а также на станциях по подготовке воды для технологических и хозяйственно-бытовых потребностей.

В последние десятилетия отмечается тенденция изменения качественного состава городских сточных вод за счёт увеличения доли азот- и фосфорсодержащих органических веществ. Большое количество нитратов может поступать в водоёмы с промышленными и бытовыми сточными водами, особенно со стоками после биологической очистки воды, т.к. биологическая очистка заключается в переходе органических форм веществ в неорганические за счёт жизнедеятельности различных микроорганизмов. Многие биологические очистные сооружения, запроектированные 40-45 лет назад и соответствующие природоохранным нормативам того времени, в настоящее время по техническим причинам не могут обеспечить соблюдения предельно-допустимых сбросов (ПДС) загрязняющих веществ, в том числе биогенных элементов (солей азота и фосфора), в природные водоёмы. Фактическая эффективность очистки городских сточных вод от биогенных элементов не превышает 20-40 % по фосфатам (в пересчёте на фосфор) и 30 - 90 % по азоту аммонийному. Поступление биогенных элементов в природный водоём в концентрациях, превышающих предельно-допустимые, приводит к эвтрофированию водоёма и гибели водной флоры и фауны. В связи с этим актуальной становится разработка методов и технологий по снижению содержания биогенных элементов в процессе биологической очистки городских сточных вод.

Известен Способ глубокой очистки сточных и поверхностных вод (Декларационный патент №17757, Украина, МПК C02F3/32, 11/00), в котором очищаемую воду подают в фильтрационный бассейн с высшими водными растениями. Недостатком способа является низкая степень очистки сточных вод.

Известен Способ гидроботанической очистки загрязненных водных сред в климатических условиях водных широт (патент № 2288894 С1, РФ, МПК C02F3/32). В способе биодеструкцию сточных вод производят с помощью водоросли Эйхорнии, которую культивируют в очистных прудах. Основным недостатком известного способа является неэффективное биологическое очищение сточных вод.

В основу изобретения способ биологической доочистки сточных вод поставлена задача путем повышения эффективности способа путем создания и поддержания оптимальных условий для снижения содержания биогенных элементов в сточных водах.

Поставленная задача решается тем, что в способе биологической доочистки сточных вод, очищенные сточные воды направляют в систему доочистки сточных вод, предусматривающую культивирование водоросли Spirulina platensis в бассейнах. При организации системы доочистки рассчитывают количество биомассы, которое необходимо получить с литра стоков для снижения уровня нитратов до ПДК, по формуле:

где СN - количество нитратного азота в стоках после биологической очистки (за год), т/год;

Спдк - допустимое количество азота, сбрасываемого за год в водоёмы;

YN- истинная потребность спирулины в нитратном азоте, мг N/г АСВ.

Учитывая эту величину, рассчитывают площадь зеркала культиватора для получения заданного количества биомассы водорослей в сутки при круглогодичном культивировании по формуле:

где k - коэффициент пересчета единиц измерения;

BN - количество биомассы, которое можно получить за год при уменьшении концентрации азота CN до ПДК;

Рm - продуктивность спирулины в сутки, г АСВ/л сутки.

В настоящее время проектирование систем очистки сточных вод основано на результатах большого отечественного и зарубежного опыта [Гордин И.В. Технологические системы водообработки. Динамическая оптимизация. - Л.: Химия, 1987. - 287 с]. В частности, широко обсуждается способность водорослей снижать уровень нитратного азота до заданного уровня и возможность использовать эту способность для доочистки сточных вод от нитратов.

Рассчитаем количество биомассы, которое необходимо вырастить для доочистки сточных вод от биогенных элементов на примере нитратного азота. В наших расчётах приняты следующие условные обозначения:

cN - концентрация нитратного азота в стоках после биологической очистки, мг/л;

сP - концентрация фосфора в стоках после биологической очистки, мг/л;

сC - концентрация углерода в стоках после биологической очистки, мг/л;

СN - количество нитратного азота в стоках после биологической очистки (за год), т/год;

СP - количество фосфора в стоках после биологической очистки (за год), т/год;

СC - количество углерода в стоках после биологической очистки (за год), т/год;

cNПДК - ПДК нитратного азота, мг/л;

cPПДК - ПДК фосфора, мг/л;

CNПДК - предельно допустимое количество нитратного азота, сбрасываемого в водоём (за год), т/год;

CPПДК - предельно допустимое количество фосфора, сбрасываемого в водоём (за год), т/год;

ΥN - истинная потребность спирулины в нитратном азоте, мг N/г АСВ;

YP - истинная потребность спирулины в фосфоре, мг N/г АСВ;

ΥC - истинная потребность спирулины в углероде, мг N/г АСВ;

Рср - средняя продуктивность спирулины в сутки, г АСВ/л·сутки;

bNm - количество биомассы, которое можно получить с литра стоков при начальной концентрации азота СN;

BNm - количество биомассы, которое можно получить за год при начальной концентрации азота СN,

bN'- количество биомассы, которое можно получить при уменьшении концентрации азота СN до ПДК;

BN' - количество биомассы, которое можно получить за год при уменьшении концентрации азота СN до ПДК.

Используя понятие истинной потребности [Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С. Простейшие модели роста микроводорослей. 3. Постребность микроводорослей в элементах минерального питания. // Экология моря. 2006. - Вып. 70. - С.52-60], рассчитаем количество биомассы, которое можно получить с литра сточных вод:

Аналогично рассчитываем количество биомассы, которое можно получить за год:

Вышеприведённые уравнения позволяют рассчитать количество биомассы спирулины при утилизации 100% азота, содержащегося в сточных водах. При этом концентрация на выходе из системы доочистки снизится до нуля. Если же необходимо снизить уровень биогена до предельно допустимых концентраций (ПДК), то следует организовать такие условия, при которых из среды будет изыматься только часть биогена.

Приведем аналогичные расчёты, при условии, что уровень нитратного азота должен быть снижен до ПДК.

Количество биомассы, которое можно получить с литра стоков, при снижении уровня азота до ПДК:

Количество биомассы, которое можно получить за год, при снижении уровня нитратного азота до ПДК:

Количество фосфора СP, которое необходимо культуре S. platensis для доочистки сточных вод до СПДК:

Поскольку в сточных водах уже содержится некоторое количество неорганического фосфора, то дополнительно нужно вносить:

Количество углерода Сc которое необходимо культуре S. platensis для доочистки сточных вод до СПДК:

Углерод составляет 50% от абсолютно сухого вещества (АСВ) массы клеток, поэтому:

где 500 мг / г АСВ - YС. Количество газообразного СО2:

При снабжении культуры S. platensis газообразным СO2, утилизируемого клетками порядка 0,5% от подаваемого при 3% газовоздушной смеси, количество подаваемого СО2 будет:

При использовании NaHCO3:

Пример

Рассмотрим применение предлагаемого способа на примере доочистки от нитратного азота стоков северных очистных сооружений г. Севастополя, прошедших биологическую очистку, и проведем расчёт по организации системы доочистки сточных вод.

ПДК нитратов в воде водоёмов и питьевой воде составляет не более 45 мг/л (или 10 мг/л по азоту).

Содержание нитратов в стоках Северных очистных сооружений г. Севастополя - 246,2 т/год (при пересчёте на нитратный азот - 55,59 т/год) или 60,5 мг/л (или 13,66 мг/л по азоту). Известно, что истинная потребность S. platensis по азоту YN составляет 81,54 мг Ν/г АСВ.

Рассчитаем количество биомассы, которое можно получить с литра стоков, при снижении уровня нитратов до ПДК. Подставим в выражение (3) величину концентрации стоков, значение ПДК нитратного азота и истинную потребность S. platensis в азоте:

Поскольку, содержание нитратов в стоках составляет 246,2 т/год, рассчитаем количество литров стоков за год (n):

Зная ПДК азота в 1 литре сточных вод и количество литров стоков за год, определим величину допустимого количества азота, сбрасываемого за год в водоёмы:

Рассчитаем количество биомассы S. platensis, которое можно получить за год при снижении уровня нитратного азота в стоках до ПДК. Для этого подставим в выражение (4) значение концентрации сбрасываемого нитратного азота, величину его ПДК за год и значение истинной потребности S. platensis в азоте:

Определим производительность (B'N) системы доочистки сточных вод при снижении концентрации азота до ПДК:

Обозначив продуктивность спирулины с одного м2 за Рср (г АСВ / сут), которая составляет 12,8 г/м2·сут, (а средняя с учетом погодных условий - 10 г/м2·сут), мы можем найти площадь зеркала культиватора для получения заданного количества биомассы водорослей в сутки при их круглогодичном культивировании:

где k - коэффициент пересчета единиц измерения.

Приведенные расчёты проделаны нами для летних погодных условий, поэтому для организации системы доочистки необходимо строительство отстойников-накопителей для сбора стоков в зимний период.

Учитывая, что время интенсивного роста водорослей составляет 183 суток (1/2 года), площадь культиваторов необходимо увеличить в 2 раза:

Состав сточных вод Северных очистных сооружений г. Севастополя до и после доочистки.

Биомассу спирулины, полученную при доочистке сточных вод можно утилизировать различными способами. Во-первых, биомасса может использоваться как минерально-витаминная добавка в корм скоту, птице и домашним животным. Во-вторых, биомасса может использоваться в рыбоводстве с теми же целями или в аквариумистике для придания декоративным рыбкам неповторимого и яркого окраса. В-третьих, биомасса спирулины является ценным удобрением для сельскохозяйственных культур растений. Она обладает более выраженным эффектом и большей активностью по сравнению с большинством органических удобрений. В-четвертых, биомасса может являться сырьем для получения рентабельного биотоплива. В-пятых, биомасса может являться сырьем для получения некоторых биологически активных веществ в чистом виде.

Предлагаемый способ доочистки сточных вод, прошедших биологическую очистку, имеет ряд преимуществ:

- повышается эффективность системы за счет удаления биогенных элементов;

- способ соответствует требованиям практической значимости, прост, универсален и может применяться для различных систем, использующих мелиоративные свойства фототрофов.

Способ биологической доочистки сточных вод, включающий биологическую очистку путем применения водорослей, отличающийся тем, что очищенные сточные воды направляют в систему доочистки сточных вод, предусматривающую культивирование водоросли Spirulina platensis в бассейнах, а при организации системы доочистки рассчитывают количество биомассы, которое необходимо получить с литра стоков для снижения уровня нитратов до предельно допустимых концентраций (ПДК), по формуле:

СN - количество нитратного азота в стоках после биологической очистки (за год), т/год;
Спдк - допустимое количество азота, сбрасываемого за год в водоёмы;
YN - истинная потребность спирулины в нитратном азоте, мг N/г АСВ;
а также площадь зеркала культиватора для получения заданного количества биомассы водорослей в сутки при круглогодичном культивировании по формуле:

k- коэффициент пересчета единиц измерения;
BN - количество биомассы, которое можно получить за год при уменьшении концентрации азота CN до ПДК;
Рm - продуктивность спирулины в сутки, г АСВ/л·сутки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам очистки поверхностного стока и может быть использовано для очистки ливневых и талых вод с территорий городов и промышленных предприятий от взвешенных веществ, нефтепродуктов, органических веществ и ионов тяжелых металлов.

Изобретение относится к доочистке сточных вод от загрязняющих веществ. Способ предусматривает использование посадок камыша озерного Scirpus lacustris L., рогоза узколистного Typha angustifolia L.
Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен биоразлагаемый композиционный сорбент нефти и нефтепродуктов.

Изобретение касается очистки воды и грунта водоемов от органического и неорганического загрязнения пометом утки и загрязнения тяжелыми металлами. В рыбоводных комбинированных хозяйствах, расположенных в зоне промышленных предприятий, совместно выращивают рыбу и уток.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ биологической очистки литоральной зоны морей от нефтепродуктов.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложена система для биологической доочистки сточных вод.

Изобретение относится к области инженерной экологии. Устройство для финишной очистки морских прибрежных вод, представляющее собой санитарную водорослевую плантацию, включающую силовые пропиленовые канаты диаметром 30-40 мм, удерживаемые в горизонтальном положении металлическими тросами, прикрепленными к гравитационным якорям через крепежные элементы плавучих буев, соединенных с силовыми канатами.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки прибрежной зоны морей от комплексного загрязнения.
Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при безотходной очистке от аварийных разливов нефти и нефтепродуктов водных и твердых поверхностей.
Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен биогибридный композиционный материал для сорбции и деградации нефти и нефтепродуктов. Материал представляет собой термопластичный полимер с волокнообразующими свойствами - сополимер акрилонитрила с метилакрилатом. Он содержит инкорпорированные фосфорсодержащие катиониты и/или азотсодержащие аниониты, клеточные стенки водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) и иммобилизованные клетки бактерий-нефтедеструкторов. Заявленный композиционный материал обладает высокой сорбционной емкостью и повышенной степенью биодеградации углеводородов нефти. 2 пр.
Изобретение относится к области очистки водной поверхности. Предложен способ очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений при небольших разливах нефти, а также при очистке водных акваторий от углеводородных пленок. Способ включает контактирование воды с растительным сорбентом и удаление его с водной поверхности. В качестве сорбента используют предварительно высушенные и измельченные до размера 5 мм стебель и листья тростника южного и листья верблюжьей колючки в пропорции по отношению к нефтяному загрязнению 0,5:0,3:1. Вышеуказанные компоненты сорбента добавляют в зону нефтяного загрязнения последовательно с интервалом в 5 мин. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки водных поверхностей от небольшого количества нефти и нефтепродуктов. 2 пр.

Устройство для биологической очистки сточных карьерных вод представляет собой биоплато, содержащее соединенные между собой каркасы с биологической загрузкой. Каждый каркас состоит из основания, выполненного из пластиковых труб с поплавками, и установленной на него пластмассовой решетки с ячейками, сверху на которую уложена биологическая загрузка. В качестве биологической загрузки используют ковровую травянистую дернину, выращенную заранее гидропонным методом на основе вермикулитового субстрата с использованием многолетних травянистых растений, и водные аборигенные виды растений. Водные аборигенные виды растений высаживают в дернину, размещенную на каркасе. Площадь дернины в два раза меньше площади каркаса. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки сточных карьерных вод от минеральных соединений азота и снижение негативного воздействия на окружающую среду. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к области биологической очистки сточных вод. Предложено биоплато для очистки сточных вод, способ монтажа биоплато и способ обслуживания биоплато. Биоплато содержит проточный водоем, снабженный системами аэрации и рециркуляции, плавающий на поверхности водоема биологический фильтр гидропонного типа. Фильтр включает искусственную плантацию высших водных растений, размещенную на опорной структуре. Опорная структура состоит из блоков с положительной плавучестью, соединенных между собой. Блоки содержат шарнирно соединенные между собой модули, наружный и внутренний каркасы модулей выполнены из трубных и пластинчатых элементов. Опорные элементы соединены с каркасами модулей и взаимодействуют с корневой системой растений и их стеблями. Модули оснащены боковыми шарнирными элементами и осевым шарнирным элементом. Блоки опорной структуры расположены с зазором друг от друга и жестко соединены между собой связями в виде трубных стержней. Каждый блок состоит из трех и более параллельных рядов модулей. Грузоподъемность одного модуля составляет не менее 25-30 кг, опорные элементы для растений в модуле выполнены в виде гибких решеток гексагональной формы. Блоки опорной структуры, расположенные в начале и конце водоема, снабжены якорями для их фиксации на поверхности водоема. Изобретения обеспечивают увеличение ресурса долговечности биоплато и снижение трудоёмкости его монтажа и технического обслуживания. 3 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области очистки сточных вод. Предложен способ биологической очистки сточных вод с переработкой выделенных осадков. Способ включает процеживание воды, отстаивание, усреднение расходов сточных вод и отвод сточных вод на отстаивание, денитрификацию нитратов возвратного активного ила, нитрификацию аммонийного азота, отстаивание иловых смесей, рециркуляцию возвратного активного ила в денитрификаторы, доочистку сточных вод в биореакторах с биоценозом гидробионтов, связывание фосфатов реагентами, фильтрацию сточных вод, обеззараживание очищенных вод УФ облучением или добавкой реагентов, обезвоживание сырых осадков и избыточного активного ила. Для переработки, обезвоживания, обеззараживания обезвоженных осадков и снижения их влажности используют компостеры в виде вращающихся барабанов с продолжительностью компостирования не более 5 суток при достижении температуры в компостерах 80°C, а также используют перед компостированием в обезвоженные осадки добавку в виде наполнителя из измельченных отходов растительности или пищевых отходов. Изобретение обеспечивает глубокое обезвреживание отходов очистной станции канализации с сокращением энергетических затрат, количества удаляемого и используемого воздуха. 8 ил.

Группа изобретений относится к области очистки поверхностных сточных вод. Предложены системы очистки сточных вод (варианты). Системы содержат последовательно расположенные от стока фильтрующие элементы, биопруд и водоотвод, где в биопруд высажены макрофиты в виде комплекса гидатофитов, гидрофитов, гелофитов, дно и стенки биопруда и фильтрационной секции выполнены из экранирующего слоя суглинков. При этом в одном варианте в качестве фильтрующих элементов система содержит фильтрационную секцию, заполненную известняком с коэффициентом водопроницаемости Кф=10-20 м/сут, и фильтрующий модуль в виде заключенного в сетчатые коробчатые контейнеры материала на основе дунитов. В другом варианте в качестве фильтрующих элементов система содержит фильтрационную секцию, заполненную гравием с коэффициентом водопроницаемости Кф=10-20 м/сут и нефтедеструкторами, отгороженную от биопруда барьером в виде стальных сеток. Изобретения обеспечивают повышение эффективности очистки сточных вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к биотехнологии. Штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella kessleri ARW депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером ВКПМ Al-11 и может быть использован для предотвращения «цветения» водоемов синезелеными водорослями. Изобретение позволяет предотвращать «цветение» водоемов синезелеными водорослями. 1 табл., 2 пр.
Наверх