Способ очистки сточных вод от аммония и органического вещества

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки сточных вод от аммония и органических веществ в микроаэробных условиях в реакторе последовательно-периодического действия полного перемешивания. Для этого используют биомассу активного ила, содержащую доминирующие бактерии Candidatus "Jettenia moscovienalis" в количестве по меньшей мере 80% от общего числа клонов бактерий, при этом процесс ведут при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3, дозе ила 2-6 г/л, возрасте ила 4-6 суток, нагрузке по азоту - 620-1000 г N/м3·сут, гидравлическом времени пребывания 8,5-24 ч. Изобретение обеспечивает повышенную эффективность очистки сточных вод при высокой удельной загрузке по азоту. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 табл., 8 пр.

 

Изобретение относится к области очистки сточных вод, а конкретно - области очистки от азота и органического вещества с использованием процессов частичной нитрификации, автотрофной и гететотрофной денитрификации.

В настоящее время распространенным способом удаления азота из сточных вод является технология гетеротрофной нитри-денитрификации (последовательной или одновременной). Недостатком этого способа является обязательное наличие в очищаемой воде легкоокисляемого доступного органического вещества для стадии денитрификации. Из уровня техники известно, что при низком содержании биологически доступного органического вещества денитрификация не протекает, поэтому требуется добавка органического субстрата, что удорожает процесс очистки сточных вод (например, RU 2210549, 20.08.2003, RU 2264355, 20.11.2005).

Известны способы удаления аммония из сточных вод, протекающие в аноксидных условиях с использованием специфических бактерий, в которых аммоний окисляется нитритом (например, US 5078884, 07.01.1992, US 6485646, 26.11.2002, US 5259959, 09.11.1993, US 20060191846, 31.08.2006, WO 1998007664, 26.02.1998, WO 2013151836 A1, 10.10.2013, RU 2530060, 10.10.2014). В упомянутых аналогах используют два процесса - аэробное окисление части аммония до нитрита, затем биологическая автотрофная денитрификация, известная как процесс ANAMMOX. В этих процессах используют нитрит в качестве акцептора электронов, а аммоний - в качестве донора электронов с участием специфических анаэробных микроорганизмов (анаммокс-бактерий). В этих способах потребность в кислороде для окисления аммония меньше, и для обеспечения денитрификации дополнительный источник углерода не требуется.

Недостатком известных способов является образование нитрата в процессе жизнедеятельности бактерий, осуществляющих процесс аноксидного окисления аммония, что обуславливает наличие этого загрязнителя в обработанной сточной воде и необходимость ее дальнейшей очистки, что удорожает и усложняет процесс очистки в целом

Известен способ по US 20070251881, 01.11.2007, в котором для установления оптимального рН в реакторе-нитрификаторе предложено создание в реакторе биопленки. Стабильный рН в биопленке способствует активации нитрификаторов. Скорость роста аммоний-окисляющих нитрифкаторов выше, чем нитрификаторов, окисляющих нитрит, которые вымываются из реактора. Таким образом, аккумуляция нитрита и достаточное количество карбонат- или бикарбонат-ионов в очищаемой воде способствуют протеканию процесса Анаммокс. Очищенная вода поступает в реактор-денитрификатор, где происходит процесс Анаммокс, также сопровождающийся образованием нитрата: 0.43NH4++0.57NO2-+0.28НСО3-+0.06Н+→0.44N2↑+0.11NO3-+0.028CH2O0.5N0.15+0.87Н2О. Сточная вода после денитрификатора может быть направлена во второй реактор-денитрификатор, где при добавлении органического субстрата (например, метанола), нитрат, образованный на предыдущей стадии, и остаточный нитрит удаляются бактериями-денитрификаторами в анаэробных условиях. Также сточная вода после денитрификатора может быть возвращена в аэробный реактор для удаления остаточных количеств БПК.

Известный способ является достаточно сложным.

Приведенные выше аналоги не могут быть эффективно применены к очистке сточных вод, содержащих одновременно высокие концентрации соединений азота и труднодоступное органическое вещество. К таким водам относятся, например, воды, образующиеся при обработке сброженного осадка метантенков или фильтраты полигонов депонирования осадка сточных вод. Для удаления нитрата, образующегося в процессе аноксидного окисления аммония, необходимо доступное органическое вещество, которого не хватает в таких водах.

Известен способ очистки сточных вод, принятый за прототип предлагаемого решения, в котором для очистки сточных вод от азота и труднодоступного органического вещества осуществляют окисление аммония и труднодоступного органического вещества в аэробно-аноксидных условиях, проводимое последовательно или одновременно при помощи специфических микроорганизмов, культивированных в биореакторе и приспособленных к условиям процесса очистки воды. Основной целевой процесс, аноксидного окисления аммония протекает при температуре 20-28°С, дозе ила - 1,5-2,5 г/л (RU 2492148, 10.09.2013).

Недостатками известного решения являются: при двухстадийном проведении процесса - неустойчивость первой стадии частичной нитрификации, а в случае одностадийного варианта - низкая удельная нагрузка по азоту (0,1-0,5 кг N/(м3·сут)), значительное время гидравлического пребывания по воде (2.5-7 сут).

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, лишенного упомянутых недостатков.

Техническим результатом, достигаемым заявленным изобретением, является повышение эффективности очистки сточных вод, содержащих высокие концентрации аммония и труднодоступного органического вещества.

Поставленная задача решается описываемым способом очистки сточных вод от азота и труднодоступного органического вещества, согласно которому осуществляют автотрофную и гетеротрофную денитрификации в реакторе с биомассой активного ила, содержащего доминирующие бактерии Candidatus "Jettenia moscovienalis" в количестве по меньшей мере 80% от общего числа клонов бактерий, при этом процесс ведут при перемешивании сточной воды и удержании в реакторе биомассы бактерий при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3, дозе ила 2-6 г/л, возрасте ила 4-6 суток, нагрузке по азоту - 620-1000 г N/м3·сут, гидравлическом времени пребывания 8.5-24 ч.

Способ предусматривает, что процесс очистки воды проводят в реакторе последовательно-периодического действия полного перемешивания (SBR-реактор), при этом продолжительность полного цикла составляет 3-12 часов и состоит из фаз залива, аэрации, отстаивания, выпуска очищенной воды, предпочтительно при доле заменяемого объема 15-50%.

Способ также предусматривает, что процесс очистки воды проводят в реакторе непрерывного действия полного перемешивания.

Используемый активный ил, предпочтительно, сформирован из ила очистных сооружений в присутствии очищаемой воды в условиях реактора.

Способ предусматривает, что удержание биомассы активного ила производят путем прикрепления биомассы к носителю, представленному плавающими или стационарными элементами, выполненными из материала с развитой поверхностью, предпочтительно из нетканого поливинилхлорида или полиэтилена с неорганическим наполнителем, выбранным из мела или углерода.

Способ также предусматривает возможность удержания биомассы активного ила в реакторе с использованием приемов флотации за счет пузырьков воздуха, подаваемого через систему мелкопузырчатой аэрации, и азота, образующегося в процессе реакции автотрофной и гетеротрофной денитрификации.

Осуществление способа в объеме заявленной совокупности признаков обеспечивает микроаэробные условия процесса, одновременное протекание процессов частичной нитрификации, автотрофной денитрификации (Анаммокс) и гетеротрофной денитрификации.

В описываемом способе использованы новые микроорганизмы Candidatus "Jettenia moscovienalis", приспособленные к условиям реактора - повышенной температуре, наличию кислорода, а также несколько способов интенсификации процесса - повышенная доза ила, повышенная температура, повышенная концентрация кислорода, что обуславливает увеличение эффективности (объемной нагрузки) в 10 раз по сравнению с прототипом.

Использованные в способе микроорганизмы описаны нами ранее в статье: Nikolaev A. et all, "Candidatus "Jettenia moscovienalis" sp. nov., A New Species of Bacteria out Anaerobic Ammonium Oxidation", Mikrobiologiia, 2015, Mar-Apr, 84(2), 236-243. В упомянутой статье раскрыты физиологические, морфологические и молекулярно-генетические характеристики бактерий.

Предлагаемый способ испытан нами на ряде сточных вод, содержащих высокие концентрации аммония и низкие - легкодоступного органического вещества, в том числе на фильтрате фильтр-прессов обработки сброженного осадка или ленточных сгустителей сброженного осадка или фильтрате декантеров. Исходные загрязненные воды обрабатывались в реакторе с микроаэробными условиями. В реакторе одновременно протекают целевые реакции очистки воды - с участием флоккулированного свободноплавающего ила окисляется органическое вещество, происходит сорбция взвешенных веществ, часть аммония окисляется до нитрита; во внутренних слоях флоккул протекает реакция гетеротрофной денитрификации; с участием микроорганизмов, локализованных в биопленке и во флотопене, протекает реакция автотрофной денитрификации - окисления аммония нитритом (Анаммокс).

Изобретение поясняется с помощью иллюстраций 1-6.

На рис. 1 представлена технологическая схема реактора периодического действия, где позициями обозначены следующие элементы:

Е - приемная емкость фильтрата гравитационного ленточного сгустителя (ГЛС);

Р - реактор;

Е-1 - накопитель очищенной воды,

Н-1, Н-2, Н-3, Н-4 - шнековые насосы;

ВН - водонагреватель;

К - компрессор.

На рис. 2 представлена биомасса использованных медленнорастущих бактерий, аноксидно окисляющих аммоний, которую удерживали за счет адгезии биомассы на внутренней поверхности реактора и образования флотационной пены (флотопены).

На рис. 3 представлена схема проточного реактора полного перемешивания со стационарной загрузкой, содержащая следующее оборудование.

На рис. 4 представлена зависимость эффективности удаления азота от температуры в проточном реакторе полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом.

На рис. 5 представлен рН-профиль активности ила, выращенного в проточном реакторе полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом, по удалению азота.

На рис. 6 (А и Б) представлены фотографии использованных бактерий.

Сущность изобретения иллюстрируется также следующими примерами.

Пример 1. Для очистки фильтрата ленточных сгустителей сооружений обработки осадка Курьяновских очистных сооружений (КОС) г. Москвы (состав воды см. табл. 1) был создан пилотный реактор. В основе технологической схемы находится реактор периодического действия (SBR-реактор), объемом 0,35 м3, (рис. 1). Реактор изготовлен из нержавеющей стали, снабжен аэратором, датчиками температуры, кислорода, рН и уровня, оборудован системой подачи воздуха, резиновым аэратором с мелкопузырчатой аэрацией, снабжен лопастной мешалкой, воздух подают компрессором, регулировка автоматическая. Сброс избыточного активного ила в канализацию осуществляют насосом автоматически. Температура поддерживается путем подачи теплой воды насосом из накопительного водонагревателя в рубашку реактора.

Реактор инокулирован активным илом сооружений биологической очистки старого блока Курьяновских очистных сооружений (КОС), г. Москва. Фильтрат гравитационных ленточных сгустителей (ГЛС) сброженного осадка без дополнительной обработки, служащий субстратом для пилотной установки, загружали в приемную емкость Е (объемом 1 м3), один раз в сутки. Фильтрат ГЛС из приемной емкости Е с помощью шнекового насоса Н-3 подавали в реактор Р (расход 900-1000 л/сут. В качестве стартовых условий в реакторе поддерживали температуру 33°С, концентрацию кислорода 1,4 мг/л, гидравлическое время пребывания составляло 8,5 ч. За каждый цикл замещалось 30% объема, продолжительность цикла - 3 ч, цикл состоял из фаз: заполнения (2-5 мин), аэрации, отстаивания ила (10 мин), слива (2-5 мин). Возраст свободноплавающего (нитрифицирующего) ила - 5 суток, доза ила 4 г/л.

Значимое удаление азота (более 50%) было отмечено со 170-го дня с момента запуска установки, инокулированной активным илом КОС. Устойчивое удаление азота на 60-70% было достигнуто к 300-му дню. При достижении в реакторе 50% удаления аммонийного азота (170-й день культивирования) свободноплавающий активный ил начал приобретать бурый оттенок, на элементах конструкции отмечен розовый налет. При достижении уровня удаления азота 70-85% (400-й день) во флотационной пене и на внутренних элементах конструкции реактора начали образовываться ярко-оранжевые биопленки и гранулы, как показано на рис. 2.

После выхода реактора на рабочий режим (400-й день) эффективность удаления различных показателей составила: ВВ - 92-97%, ХПК - 80-90%, БПК5 - 80-90%, азота - 70-85%, Р-РО4 - 30-50%. Нагрузка по азоту в среднем составила 1,1 г N/г беззольного вещества (БВ)·сут или 620 г N/м3·сут (максимальная - до 2 г N/г БВ·сут или 1000 г N/м3·сут). Эффективность удаления азота - 70-85%. Удельная скорость удаления азота составила в среднем 0,82 г N/г БВ·сут или 0,47 кг N/м3·сут.

После выхода реактора на рабочий режим определяли нижние и верхние значения технологических показателей работы реактора. Важно отметить, что нагрузка по азоту подлежала случайному варьированию от 620 до 1000 г N/м3·сут по причине использования производственного стока. Гидравлическое время пребывания воды, возраст ила, доза ила, продолжительность полного цикла SBR-реактора и доля заменяемого объема корректировались в ходе работы реактора таким образом, чтобы основной целевой показатель - удаление азота - был не ниже 70%. Оптимальные значения показателей температуры, рН и содержания кислорода были найдены экспериментально (см. также примеры 4-6). Эффективность удаления азота более 70% была достигнута при следующих нижних значениях технологических показателей SBR-реактора: температура - 32°С, концентрация растворенного кислорода - 0,26 мг/л, рН - 7,5, доза ила - 2 г/л, возраст ила - 4 суток, гидравлическое время пребывания - 8,5 ч, продолжительность полного цикла - 3 ч, доля заменяемого объема - 15%, нагрузка по азоту 620 г N/м3·сут. Верхними значениями технологических показателей SBR-реактора, обеспечивающими более 70% удаления азота, являлись: температура - 38°С, концентрация растворенного кислорода - 1,4 мг/л, рН - 8,3, доза ила - 6 г/л, возраст ила - 6 суток, гидравлическое время пребывания - 24 ч, продолжительность полного цикла - 12 ч и доля заменяемого объема - 50%, нагрузка по азоту 1000 г N/м3·сут.

Основная масса осуществляющих процесс автотрофной денитрификации анаммокс-бактерий (более 90%) удерживалась при их адгезии на элементах реактора. Отношение площади обрастания к объему реактора составляло 10.5 м23, что существенно меньше, чем площадь используемых загрузочных материалов, стационарных или плавающих (до 1000 м23). Этот факт обозначает перспективу интенсификации данной технологии - не менее чем в 10 раз, т.е. до 4.7 кг N/м3·сут, при сохранении достигнутой удельной активности биопленки - 47 г N/м3·сут.

Анаммокс-бактерий в ходе своей жизнедеятельности образуют нитраты. Количество нитратов, присутствующее в очищенной воде реактора, описываемого в предлагаемом способе, в несколько раз меньше, чем можно было бы ожидать по стехиометрии процесса аноксидного окисления аммония. Следовательно, большая часть нитрата тратится на гетеротрофную денитрификацию. По расчету количество аммония, удаляемое через гетеротрофную денитрификацию, составляет 10-15% от всего удаленного азота.

Данный пример иллюстрирует техническую возможность реализации предлагаемого способа для очистки реальных сточных вод (технологических потоков) в виде фильтрата ленточных сгустителей КОС при указанных значениях параметров технологического режима (температура 35±3°С, концентрация растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3, доза ила 2-6 г/л, возраст ила 4-6 суток, нагрузка по азоту - 620-1000 г N/м3·сут, гидравлическое время пребывания 8,5-24 ч) при достижении основного целевого показателя, удаления азота, не ниже 70%.

Пример 2. После накопления активного ила, способного к удалению загрязнителей из жидкой фазы, отделяемой от сброженного осадка сточных вод на ГЛС, были испытаны другие типы возвратных потоков, образующихся при обработке сброженного осадка. При этом все технические и технологические параметры работы реактора остались такими же, как в примере 1. Различие состояло только в типе воды, подаваемой в реактор: фильтрат фильтр-прессов (табл. 2), сливная вода из гравитационных уплотнителей сброженного осадка (табл. 3), фильтрат декантеров Люберецких очистных сооружений (ЛОС) (табл. 4). С каждым типом жидкости реактор работал в течение 30-40 суток. Во всех случаях достигнута высокая степень очистки по азоту, взвешенным веществам, ХПК и БПК.

Данный пример иллюстрирует возможность реализации изобретения для очистки различных технологических потоков, образующихся при метановом сбраживании осадков сточных вод.

Используемые медленно растущие бактерии, автотрофно окисляющие аммоний, эффективно образуют биопленки (см. рис. 2), поэтому с учетом того, что загрузочный материал с развитой поверхностью можно использовать для увеличения биомассы бактерий в реакторе, нами была разработана усовершенствованная схема реактора, содержащего загрузочный материал - носитель.

Пример 3. Для очистки фильтрата ленточных сгустителей сброженного осадка Курьяновских очистных сооружений (КОС) г. Москвы (состав воды см. табл. 5) использован проточный реактор полного перемешивания со стационарной загрузкой, общая схема которого представлена на рис. 3.

Установка состоит из емкостного оборудования (основного реактора рабочим объемом 100 л, отстойника объемом 30 л и приемной емкости объемом 150 л), перекачивающего и перемешивающего оборудования, системы аэрации (воздуходувка, шланги и аэратор), системы подогрева реактора, системы контроля кислорода, температуры и рН. При реализации способа в данной установке происходят следующие процессы. Фильтрат ГЛС заливается в приемную емкость 1, где хранится в течение 24 ч при постоянном перемешивании (до следующей заливки свежего фильтрата). Перед подачей в приемную емкость фильтрат дополнительно очищается путем процеживания через сито, вследствие чего его показатели отличаются от значений аналогичного фильтрата, указанных в таблице 1. Из этой емкости фильтрат подается в биореактор посредством перистальтического насоса. В реакторе установлена стационарная сотовая загрузка ПНД 273-79 (16), на которой нарастает ил Анаммокс. В реакторе поддерживается постоянная температура в интервале 37-38°С путем применения трубчатого теплообменника. Нагревание жидкости осуществляется в водонагревателе 4, ее подача в тепловой контур - циркуляционным насосом 8. Воздух в биореактор подается воздуходувкой (компрессором) 11 и распределяется аэратором 10. Концентрация кислорода поддерживается в узком интервале (0,26-0,28 мг/л) при контроле кислородомером 13.

В условиях проточного реактора полного перемешивания со стационарной загрузкой были протестированы найденные ранее для SBR реактора нижние и верхние значения технологических показатели работы реактора (см. пример 1). При температуре 32°С, содержании кислорода 0,26 мг/л, рН 7,5, дозе ила 2 г/л, возрасте ила 4 суток, гидравлическом времени пребывания 8,5 ч и нагрузке по азоту 620 г N/м3·сут в реакторе удалялось 70-75% общего азота. При температуре 38°С, содержании кислорода 1,4 мг/л, рН 8,3, дозе ила - 6 г/л, возрасте ила - 6 суток, гидравлическом времени пребывания в течение 24 ч и нагрузке по азоту 1000 г N/м3·сут удалялось около 80% общего азота. Наиболее оптимальными условиями, при которых удалялось 85-90% азота были: температура 38°С, концентрация кислорода 0,4-0,8 мг/л, рН 8, доза ила 2 г/л, возраст ила 4 суток, гидравлическое время пребывания 8,5 ч, при нагрузке по азоту 800 г N/м3·сут в реакторе удалялось до 75% общего азота.

Данный пример иллюстрирует возможность реализации разработанной технологии в режиме проточного реактора полного перемешивания с использованием загрузочного стационарного материала и техническую реализуемость предлагаемого способа при заявленных значениях количественных признаков.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие возможность реализации изобретения с получением заявленного технического результата при нижнем и верхнем значениях наиболее технологически важных заявленных количественных признаков, а именно при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3.

Пример 4. С использованием описанного в примере 3 проточного реактора полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом были найдены оптимум, нижний и верхний пределы температур для разработанной технологии. Температуру постепенно повышали с 22 до 40°С. Эффективность удаления азота начала заметно возрастать при температуре 32°С и выше. Максимальное удаление азота зафиксировано в диапазоне температур 35-38°С (см. рис. 4). При температуре 38°С удаление азота перестало возрастать, а при 40°С произошел срыв процесса и полная потеря эффективности. Снижение температуры до 37°С восстанавливало мощность реактора, но по прошествии довольно длительного периода времени (несколько недель). Таким образом, нижним граничным значением температуры для процесса является 32°С, верхним - 38°С. Технологической границей следует считать температуру 35°С±3 с учетом возможных погрешностей работы приборов и оборудования.

Пример 5. С использованием описанного в примере 3 проточного реактора полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом в период после достижения максимальной производительности были найдены оптимум, нижний и верхний пределы концентрации растворенного кислорода для разработанной технологии (см. табл. 6). Оптимальным являлся диапазон 0,4-0,8 мг О2/л. Отклонения от данного диапазона приводили к снижению эффективности удаления азота, однако удаление азота с эффективностью более 70% происходило в более широком диапазоне концентрации растворенного кислорода - 0,26-1,4 мг/л. При высоких значениях концентраций кислорода (больше 1,5 мг/л) удаление азота было минимальным вследствие подавления анаэробного процесса автотрофной денитрификации. При этом режиме весь аммоний переводился в нитрит и нитрат. При значениях кислорода менее 0,26 мг/л наблюдалось снижение скорости целевого процесса аэробной нитритации.

Пример 6. С использованием активного ила, выращенного в проточном реакторе полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом, описанном в примере 3, была исследована рН-зависимость процесса удаления аммония в аноксидных условиях. На рис. 5 представлена кривая зависимости эффективности удаления аммония в бескислородных условиях от рН при температуре 35°С.Максимальное удаление азота наблюдалось при рН 7,5-8,3.

Пример 7. Примеры по подбору оптимального материала-носителя.

Для выявления наилучшего типа носителя были проведены эксперименты по исследованию зависимости активности процесса автотрофной денитрификации (Анаммокс) в зависимости от типа загрузочного материала-носителя. Активный ил Анаммокс, выращенный в реакторе, описанном в примере 4, был снят с носителя, помещен в емкость объемом 10 л (его концентрация составляла 2 г/л), в емкость помещены различные типы носителей (см. таблицу 7), после чего в реактор подают субстрат в виде растворов NH4Cl+NaNO2 в соотношении N-NH4/N-NO2, равном 1,3 согласно стехиометрии процесса Анаммокс (в диапазоне 50-70 мг N/л). Инкубацию проводят в течение 1 месяца. После этого загрузочные материалы были извлечены, с них смыт ил Анаммокс, определена его активность и рассчитаны удельные показатели для разных носителей. Результаты представлены в таблице 6.

В зависимости от типа носителя удельная активность анаммокс-бактерий различалась в 4 раза (от 0.12 до 0.5 N г/г БВ*сут). Однако этот показатель не является единственным для определения производительности реактора, т.к. необходимо учитывать величину сорбционной емкости носителя. Максимальная анаммокс-активность в пересчете на объем реактора была зафиксирована для носителя из нетканого поливинилхлорида с минимальной удельной активностью ила, но с максимальной поверхностью для адгезии ила.

Результаты, представленные в таблице, позволяют сделать вывод, что для заявленного процесса важны как материал носителя, так и форма его организации в пространстве.

Пример 8. Исследование используемого активного ила показало следующее. Высокие показатели очистки воды, получаемые с использованием изобретения, иллюстрированного в примерах 1-3, обусловлены активностью бактерии Candidatus "Jettenia moscovienalis", способной к окислению аммония нитритом. При исследовании красных слизистых гранул активного ила из реактора, описанного в примере 1, с применением методов физиологии и биохимии бактерий, микроскопии и молекулярной экологии, установлено, что в использованном активном иле реактора доминируют скопления бактерий характерной округлой формы, свойственной бактериям, анаэробно окисляющих аммоний (рис. 6А). Эти бактерии окрашивались специальными олигонуклеотидными зондами, выявляющими только бактерий данного типа (рис. 6Б).

С помощью молекулярно-биологических методов (ПЦР-амплификация гена 16S рРНК и клонирование) нами установлено, что заявленный результат достигается при доминировании в реакторе (не менее 80% от общего числа клонов) анаммокс-бактерий с уникальной последовательностью гена 16S рРНК (номер в Genbank KF720711). Использованная бактерия, под названием Candidatus "Jettenia moscovienalis", т.е. бактерия рода Са. "Jettenia", выделена в Москве. Нами установлена способность ее существования в составе консорциума микроорганизмов при довольно высоких концентрациях кислорода, что и позволяет обеспечить заявленный технический результат.

Сравнительные данные по очистке предложенным способом и способом по прототипу показали следующие преимущества предложенного способа:

1. Использованные в описываемом способе новые микроорганизмы Candidatus "Jettenia moscovienalis" (не менее 80% от общего числа клонов бактерий) приспособлены к повышенной температуре и наличию кислорода, что расширяет возможности применения технологии.

2. Результатом увеличения скорости процесса явилось сокращение гидравлического времени пребывания до 8.5-24 ч (10 ч в среднем) по сравнению с прототипом (2.5-7 сут.), что обусловило уменьшение объема реактора.

3. Повышенная концентрация растворенного кислорода в реакторе 0,26-1,4 мг/л (микроаэробные условия) по сравнению с прототипом (0,05-0,4 мг/л) обеспечила прохождение в одном реакторе аэробных (нитрификация), анаэробных (автотрофная денитрификация) и микроаэрофильных (гетеротрофная денитрификация) процессов удаления из сточных вод соединений азота в форме аммония, нитрита и нитрата.

4. Удержание биомассы активного ила путем прикрепления к носителю (плавающим или стационарным элементам из нетканого поливинилхлорида или полиэтилена с неорганическим наполнителем) позволила увеличить биомассу бактерий в реакторе и, тем самым, интенсифицировать данную технологию не менее чем в 10 раз по сравнению с прототипом. Кроме того, использование носителя биомассы гарантирует сохранение активного ила анаммокс в возможных нештатных ситуациях.

5. Перечисленные в пп. 1-4 отличия от прототипа, а также повышенная доза ила 2-6 г/л (в прототипе доза ила составляла 1,5-2,5 г/л) позволили увеличить эффективность (объемную нагрузку) в 10 раз и нагрузку по азоту до 0,62-1,0 кг N/м3·сут по сравнению с прототипом (0,1-0,5 кг N/м3·сут).

1. Способ очистки сточных вод от аммония и труднодоступного органического вещества, включающий автотрофную и гетеротрофную денитрификации в реакторе с биомассой активного ила, содержащего бактерии, отличающийся тем, что используют биомассу активного ила, содержащую доминирующие бактерии Candidatus "Jettenia moscovienalis" в количестве по меньшей мере 80% от общего числа клонов бактерий, при этом процесс ведут при перемешивании сточной воды и удержании в реакторе биомассы бактерий при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3, дозе ила 2-6 г/л, возрасте ила 4-6 суток, нагрузке по азоту - 620-1000 г N/м3·сут, гидравлическом времени пребывания 8,5-24 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс очистки воды проводят в реакторе последовательно-периодического действия полного перемешивания, при этом продолжительность полного цикла составляет 3-12 часов и состоит из фаз залива, аэрации, отстаивания, выпуска очищенной воды, предпочтительно при доле заменяемого объема 15-50%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс очистки воды проводят в реакторе непрерывного действия полного перемешивания.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используемый активный ил сформирован из ила очистных сооружений в присутствии очищаемой воды в условиях реактора.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удержание биомассы активного ила производят путем прикрепления биомассы к носителю, представленному плавающими или стационарными элементами, выполненными из материала с развитой поверхностью, предпочтительно из нетканого поливинилхлорида или полиэтилена с неорганическим наполнителем, выбранным из мела или углерода.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удержание биомассы активного ила в реакторе осуществляют с использованием приемов флотации за счет пузырьков воздуха, подаваемого через систему мелкопузырчатой аэрации, и азота, образующегося в процессе реакции автотрофной и гетеротрофной денитрификации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки от нефти и нефтепродуктов пресноводных объектов и экосистем.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для очистки промышленных сточных вод предприятий горной, машиностроительной, приборостроительной промышленности, гальванических производств, а также для очистки шахтных, карьерных, дренажных вод от ионов тяжелых металлов.
Изобретение относится к промышленной микробиологии. Штамм бактерий Desulfovibrio sp.

Изобретение относится к микробиологии и биотехнологии, а именно технологии производства препаратов, предназначенных для очистки почв и воды от нефтезагрязнений. Препарат содержит твердый субстрат-носитель и иммобилизованную на его поверхности биомассу бактерий Pseudomonas panipatensis ВКПМ В-10593 в концентрации 1×109 клеток/см3.

Изобретение относится к водоочистке. Проводят биологическую очистку сточных вод в установке, содержащей приемную камеру 1, аэротенк 11 и емкость 15, выполняющую функцию аэробного стабилизатора ила.

Группа изобретений относится к области обработки сточных вод. Предложен способ биологической обработки сточных вод (варианты) и способ с интегрированной фиксированной пленкой активного ила для удаления аммония из сточных вод.

Способ очистки поверхности открытых водоемов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами включает применение сорбентов и нефтеокисляющих микроорганизмов, в качестве сорбента используют опил сосновый фракцией 2-10 мм, помещенный в сорбирующие боновые заграждения, которые размещают по выбранным рубежам локализации нефти и нефтепродуктов, смывают с береговой кромки в водную массу нефть и нефтепродукты водой под давлением, очищают почву береговой линии сорбентом - опилом сосновым, производят нефтесборной системой сбор с поверхности открытого водоема нефтеводяной смеси, помещают эту смесь в цистерны или быстроразворачиваемые емкости, осуществляют сбор сорбирующих боновых заграждений с поверхности открытого водоема, изготавливают из насыщенного нефтью и нефтепродуктами сорбента брикеты, определяют остаточную концентрацию нефти и нефтепродуктов в обработанной водной массе, сравнивают последнюю с уровнем предельно допустимой концентрации их в водных объектах соответствующего значения, при превышении остаточной концентрацией уровня предельно допустимой производят доочистку водных масс с помощью микроорганизмов, способных к деструкции углеводородов нефти и нефтепродуктов, для чего в водную массу погружают инертную загрузку - полиэтиленовую пленку на период до четырех месяцев, поддерживают в течение всего периода температуру водной массы на уровне не менее 10°C, определяют с периодичностью один раз в неделю остаточную концентрацию нефти и нефтепродуктов в водной массе, при достижении уровня предельно допустимой концентрации нефти и нефтепродуктов из водной массы удаляют инертную загрузку.
Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложены поверхностно обработанный карбонат кальция для связывания и биологической очистки загрязненных углеводородами сред, его применение и способ связывания и биологической очистки загрязненных углеводородами сред.

Группа изобретений может быть использована в системах водоподготовки питьевых вод, поступающих из подземного водоисточника, для их биологической очистки от сероводорода.

Изобретение относится к области экологии. Предложен способ очистки водной среды от нефти и нефтепродуктов.

Изобретение относится к водоочистке. Проводят биологическую очистку сточных вод в установке, содержащей приемную камеру 1, аэротенк 11 и емкость 15, выполняющую функцию аэробного стабилизатора ила.

Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности к способам биологической очистки сточных вод от биогенных элементов - соединений фосфора, и может быть использовано для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, производственных сточных вод, загрязненных биоразлагаемыми органическими соединениями, а также их смеси.

Группа изобретений относится к области обработки сточных вод. Предложен способ биологической обработки сточных вод (варианты) и способ с интегрированной фиксированной пленкой активного ила для удаления аммония из сточных вод.

Изобретение относится к устройствам для ведения процессов механической, биологической и физико-химической очистки городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод и переработки выделяемых осадков для подготовки их к обезвоживанию, обеззараживанию и последующей утилизации, и может быть использовано при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод путем их полного биологического окисления с последующей доочисткой и обеззараживанием очищенной воды в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормами и правилами и иными нормативными документами.

Изобретение может быть использовано для очистки бытовых и производственных сточных вод с глубоким окислением азота аммонийных, нитратных и нитритных солей, удаления фосфора фосфатов и органических загрязнений.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ получения биопленки микроорганизмов, способ обработки отработанной текучей среды из металлообработки и биореактор для обработки текучей среды из металлообработки.

Изобретения относятся к области очистки воды. Предложен способ и деаммонифицирующая установка для очистки аммонийсодержащих сточных вод.

Изобретение может быть использовано для биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод от органических соединений и азота аммонийных солей.

Изобретение относится к биологической очистке бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано в индивидуальном, коммунальном хозяйствах и на промышленных предприятиях.

Изобретение относится к очистке хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Способ очистки сточных вод включает усреднение потока воды и биологическую очистку с активным илом.

Изобретение относится к области очистки карьерных вод. Воздух, поступающий по трубопроводу 4 от компрессора 5, смешивают с карьерной водой в смесителе 2.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки сточных вод от аммония и органических веществ в микроаэробных условиях в реакторе последовательно-периодического действия полного перемешивания. Для этого используют биомассу активного ила, содержащую доминирующие бактерии Candidatus Jettenia moscovienalis в количестве по меньшей мере 80 от общего числа клонов бактерий, при этом процесс ведут при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мгл, рН 7,5-8,3, дозе ила 2-6 гл, возрасте ила 4-6 суток, нагрузке по азоту - 620-1000 г Nм3·сут, гидравлическом времени пребывания 8,5-24 ч. Изобретение обеспечивает повышенную эффективность очистки сточных вод при высокой удельной загрузке по азоту. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 табл., 8 пр.

Наверх