Спосіб біологічного очищення рідкого середовища та пристрій для його здійснення

1 Спосіб біологічного очищення рідкого середовища, що містить значну КІЛЬКІСТЬ органічних забруднень, який здійснюють в басейні, за яким рідке середовище спочатку обробляють на стадії (А) змішування й підкислення, потім обробляють на стадії (Б) сильного забруднення з рециркуляцією активного мулу, і далі на стадії (В) слабкого забруднення піддають анаеробному розкладу з утворенням метану, потім прояснюють на стадії (Г) вторинного прояснення, на якій також можливе проведення рециркуляції мулу, при цьому уловлюють бюгаз, що утворюється на стадії (Б) сильного забруднення і на стадії (В) слабкого забруднення 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що рідким середовищем є СТІЧНІ води 3 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що СТІЧНІ води на стадії (А) змішування й підкислення перемішують 4 Спосіб за пп 2 або 3, який відрізняється тим, що СТІЧНІ води на стадії (А) змішування й підкислення перемішують з активним мулом, що рециркулює 5 Спосіб за будь-яким із пп 2-4, який відрізняється тим, що на стадії (А) змішування й підкислення стабілізують значення рН стічних вод 6 Спосіб за будь-яким із пп 2-5, який відрізняється тим, що в СТІЧНІ води на стадії (А) змішування й підкислення додають відповідну сполуку заліза 7 Спосіб за будь-яким із пп 2-6, який відрізняєть ся тим, що мул, який осів на стадії (Г) вторинного прояснення, повертають на стадію (Б) сильного забруднення та/або на стадію (В) слабкого забруднення 8 Спосіб за будь-яким із пп 2-7, який відрізняється тим, що СТІЧНІ води після проходження стадій (А)-(Г) принаймні частково повертають на стадію (А) змішування й підкислення 9 Спосіб за будь-яким із пп 2-8, який відрізняється тим, що СТІЧНІ води після проходження стадій (А)-(Г) додатково очищають за аеробних умов 10 Спосіб за п 9, який відрізняється тим, що аеробне очищення включає стадію аеротенка, стадію проміжного прояснення, стадію додаткової аерації та стадію додаткового осадження 11 Пристрій для біологічного очищення рідкого середовища з вмістом значної КІЛЬКОСТІ органічних забруднень, зокрема стічних вод, що включає басейн (2), який має зону (3) змішування і підкислення із приєднаною до неї ПІДВІДНОЮ системою (5) для підведення рід кого середовища, зону (7) сильного забруднення для анаеробного розкладу рідкого середовища з утворенням метану, устатковану пристроєм (8) для рециркуляції активного мулу, зону (9) слабкого забруднення для подальшого анаеробного розкладу рідкого середовища з утворенням метану та зону (10) вторинного прояснення, устатковану принаймні однією ВІДВІДНОЮ системою (11) для рециркуляції мулу, що розташовані одна за одною в напрямку течи основного потоку рідкого середовища, причому зона (3) змішування й підкислення, зона (7) сильного забруднення, зона (9) слабкого забруднення та зона (10) вторинного прояснення відокремлені одна від одної перегородками (12, 13, 14), і газонепроникну плівку (15), що зверху покриває зону (7) сильного забруднення та зону (9) слабкого забруднення, утворюючи газосховище 12 Пристрій за п 11, який відрізняється тим, що зона (3) змішування й підкислення устаткована мішалкою (4) 13 Пристрій за пп 11 або 12, який відрізняється тим, що зона (3) змішування й підкислення з'єднана з ПІДВІДНИМ трубопроводом (6) для реци О ю ю C O О (О 60355 20 Пристрій за будь-яким з пп 11-19, який відрізркуляцм аісгивного мулу няється тим, що перегородка (13) має у верхній 14 Пристрій за будь-яким з пп 11-13, який відрізчастині випускні отвори (19) няється тим, що зона (3) змішування й підкислен21 Пристрій за будь-яким з пп 11-20, який відрізня з'єднана з пристроєм (16) для стабілізації знаняється тим, що зона (9) слабкого забруднення чення рН з'єднана з однією або кількома ВІДВІДНИМИ систе15 Пристрій за будь-яким з пп 11-14, який відрізмами (11) для рециркуляції мулу няється тим, що зона (3) змішування й підкислення з'єднана з завантажувальним пристроєм (17) 22 Пристрій за будь-яким з пп 11-21, який відріздля подання сполуки заліза няється тим, що в зоні (9) слабкого забруднення розташовано принаймні один пристрій для вду16 Пристрій за будь-яким з пп 11-15, який відрізвання бюгазу, який при потребі попередньо підігріняється тим, що в зоні (3) змішування й підкисвають лення встановлено принаймні один насос-дозатор (18), вхід якого з'єднаний з зоною (3) змішування й 23 Пристрій за будь-яким з пп 11-22, який відрізпідкислення, а вихід - з зоною (7) сильного забруняється тим, що зона (10) вторинного прояснення днення устаткована принаймні одним пластинчастим сепаратором (21) 17 Пристрій за будь-яким з пп 11-16, який відрізняється тим, що пристрій (8) для рециркуляції 24 Пристрій за будь-яким з пп11-23, який відрізмулу виконано у формі зануреної стінки няється тим, що зона (10) вторинного прояснення з'єднана з принаймні однією ВІДВІДНОЮ системою 18 Пристрій за будь-яким з пп 11-17, який відріз(22) для вилучення надлишкового шламу няється тим, що зона (7) сильного забруднення з'єднана з однією або кількома ВІДВІДНИМИ систе25 Пристрій за будь-яким з пп 11-24, який відрізмами (11) для рециркуляції мулу няється тим, що до зони (10) вторинного прояснення приєднано зливник (23) для стічних вод 19 Пристрій за будь-яким з пп 11-18, який відріз(проясненої води) няється тим, що в зоні (7) сильного забруднення розташовано принаймні один пристрій для вду26 Пристрій за будь-яким з пп 11-25, який відрізвання бюгазу, який при потребі попередньо підігріняється тим, що басейн (2) заглиблено у грунт вають Даний винахід стосується способу і пристрою для біологічного очищення рідкого середовища з умістом значної КІЛЬКОСТІ органічних забруднень, зокрема, стічних вод, за анаеробних умов з утворенням бюгазу Терміносполучения "СТІЧНІ ВОДИ" означає воду, що змінила свої якості, зокрема, забруднену після и побутового, виробничого або промислового використання воду, що потрапляє через стоки в каналізацію Біологічне очищення рідин із високим степенем забруднення або очищення стічних вод являє собою заходи, що вживаються з метою видалення з цих рідин органічних забруднень, які містяться в них у розчиненій, колоїдній або дрібнодисперсній формі, що здійснюється за рахунок дії мікроорганізмів, тобто, аеробного і/або анаеробного розкладу, який супроводжується утворенням газу з формуванням нової клітковини та и сорбцією бактеріальними коагуляторами, біологічною плівкою або гранульованим активним мулом У цілому біологічне очищення стічних вод проводять у каналізаційних очисних спорудах (на станціях очищення стічних вод) із використанням таких самих або аналогічних процесів, що відбуваються при біологічному самоочищенні води в проточних водоймах, проте, його здійснюють інтенсивніше з технічного погляду Так само, анаеробний процес відбувається також у природі, наприклад, на дні мілких, стоячих водойм Під анаеробним розкладом розуміють перетворення (окиснення) органічних речовин мікроорганізмами без доступу кисню Під час анаеробного розкладу органічних речовин утворюється бюгаз, тобто суміш газів, що складається приблизно на 55-75% із метану, приблизно на 24-44% з оксиду вуглецю й СЛІДІВ інших домішок Методи біологічного очищення сильно забруднених рідин за анаеробних умов передбачають використання досить специфічних рідин Вони придатні, зокрема, для очищення сильно забруднених рідин, насамперед, стічних вод підприємств харчової промисловості, сільського господарства, нафтопаливній промисловості (виробництво мінеральних масел), а також підприємств, що виробляють целюлозу Таким чином, у багатьох випадках вони дозволяють здійснювати очищення "концентратів", але не забезпечують, як правило, повного очищення, тобто повного перетворення речовин Відомо про установку анаеробного очищення стічних вод фірми Biothane Corporation (проспект фірми, 7/92), що включає закритий аеротенк із групою сепараторів, розташованих у верхній частині аеротенка У цій установці вихідну стічну воду подають в аеротенк через передбачені в його донній частині впускні отвори, а очищену стічну воду видаляють через пристрій, розташований у верхній частині аеротенка Недолік даної установки полягає, зокрема, у тому, що реакційна зона й зона вторинного прояснення просторово не відокремлюються одна від одної і можуть негативно взаємодіяти 3 цієї причини активність активні мулу через деякий час може істотно знизитися, що призведе до виникнення труднощів із поділом мулу й рідини Далі відомо про установку анаеробного очищення стічних вод фірми ADI Systems (проспект 60355 фірми AS 043/11 -94), що включає просту реакційну Зображений на Фіг 1 і 2 пристрій для біологічкамеру, закриту зверху плівкою У цій реакційній ного очищення стічних вод включає басейн 2, в камері розташовується первинну реакційна зона, у якому в напрямку Н течи основного потоку води шар мулу якої знизу подають СТІЧНІ ВОДИ, вторинна розташовуються зона 3 змішування й підкислення, реакційна зона й зона вторинного прояснення Між зона 7 сильного забруднення (зона прояснення первинною й вторинною реакційними зонами розсильно забруднених стоків), зона 9 слабкого заташовано заглибну стінку, що починається від дна бруднення (зона прояснення слабко забруднених реакційної камери Висота заглибної стінки станостоків) І зона 10 вторинного прояснення вить приблизно 3/5 висоти реакційної камери Між Розміри басейну 2 можуть широко варіювативторинною реакційною зоною й зоною вторинного ся залежно від конкретних властивостей ПІДВІДНИХ прояснення також розташовано заглибні стінки, що СТІЧНИХ вод Довжина басейну 2 може становити, йдуть від поверхні стічних вод убік дна Висота цих наприклад, від 50 до 200м, а ширина - від 20 до заглибних стінок становить приблизно 1/3 висоти 100м Глибина таких басейнів може становити, реакційної камери Далі в нижній частині зони втонаприклад, близько 3-бм ринного прояснення передбачено ВІДВІДНИЙ приОб'єми окремих зон можна варіювати, пристострій для повернення мулу назад у первинну реасовуючи їх до процесу очищення стічних вод, шлякційну зону Недоліком цієї установки є хом відповідної зміни положення перегородок 12, недостатній проміжок, зокрема, між вторинною 13 і 14 Нарешті, зону 9 слабкого забруднення мореакційною зоною й зоною вторинного проясненжна значно зменшити, якщо перенести и у зону 10 ня, що через деякий час може призвести до помітвторинного прояснення Об'єми окремих зон моного зниження активності мулу у вторинній реакжуть становити, наприклад, для стічних вод пивоційній зоні Крім того, використовуваний у цій варного виробництва, 285м (зона змішування й установці спосіб очищення не враховує різноманіпідкислення), 890м3 (зона 7 сильного забруднентні біологічні умови, що існують в обох реакційних ня), 1480м3 (зона 9 слабкого забруднення) і 120м3 зонах Ще один недолік наведеного способу поля(зона 10 вторинного прояснення) гає в лише незначному використанні мулу, що леБасейн 2 бажано заглибити у ґрунт і виконати, жить на дні другої реакційної зони головним чином, у формі земляної споруди Дно і бічні стінки басейну 2 можна герметизувати ущільВиходячи з вищенаведеного, метою даного нювальним рулонним матеріалом, наприклад, плівинаходу стало розроблення способу або привкою з поліетилену високого тиску строю для біологічного очищення рідкого середовища з умістом значної КІЛЬКОСТІ органічних забруЧерез підвідну систему 5 СТІЧНІ води потрапднень з одержанням бюгазу, в результаті чого ляють у зону 3 змішування й підкислення У цій забезпечився б більш високий степінь очищення зоні поряд із температурою вимірюють також (одабо розкладу, збільшився б вихід метану, істотно но- або дворазово) значення рН стічних вод, у разі зросло б інвестування коштів і підвищилася би потреби, коректуючи визначене значення рН донадійність роботи мішками, що подаються за допомогою пристрою 16 Якщо необхідно, у СТІЧНІ води в зоні 3 змішуЦього можна досягти, якщо здійснити спосіб вання й підкислення (або відразу за нею), щоб ВІДПОВІДНО до ВІДМІТНИХ ознак п 1 формули виназв'язати сірку, через завантажувальний пристрій ходу або за допомогою пристрою для здійснення можна додати сполуку заліза, наприклад, сіль зацього способу за п 11 формули винаходу Інші баліза (III), таку, як FeCISO4 Крім того, СТІЧНІ ВОДИ В жані варіанти здійснення способу за п 1 або консЗОНІ 3 змішування й підкислення перемішуються трукційного виконання пристрою за п 11 формули мішалкою 4 У зону змішування й підкислення по винаходу наведено в залежних пунктах формули підвідному трубопроводі 6 можна також спрямовувинаходу вати повернутий активний мул Під дією мікроорПереваги даного винаходу полягають у тому, ганізмів у зоні 3 змішування й підкислення відбущо запропонований у ньому пристрій, завдяки свовається перетворення, зокрема, окиснення їй компактності і вбудованому газосховищу, дає органічних речовин, що входять до складу стічних змогу істотно економити місце й кошти (зокрема, вод, не обов'язково за чисто анаеробних умов за рахунок економії ІЗОЛЯЦІЙНИХ матеріалів) і, крім Крім того, із метою регулювання процесів, що відтого, характеризується СТІЙКІСТЮ проти землетрубуваються у зоні 3 змішування й підкислення, в ній сів і не залежить від осідань ґрунту можна установити (не зображено) пристрої для В контексті даного винаходу під рідкими сереаерації й перемішування стічних вод із повітрям довищами, що містять значну КІЛЬКІСТЬ органічних або киснем забруднень, розуміють такі рідини, як кров, рідкий гній і, в бажаному варіанті, СТІЧНІ ВОДИ, ЩО мають, На дні зони 3 змішування й підкислення, у банаприклад, такі параметри > приблизно 2000мг жаному варіанті з боку стоку, розташовується приБПКб/л (у холоднішому кліматі) і > приблизно наймні один насос-дозатор 18 із трубами 31, випу500мг БПКб/л (у теплому кліматі) скні отвори 42 яких, виконані по типі форсунок, закінчуються в зоні 7 сильного забруднення Цей Нижче даний винахід детальніше пояснюється насос або насоси, залежно від розміру зони 7 сина прикладі бажаного варіанта його здійснення з льного забруднення, подають під тиском у її припосиланням на малюнки, що додаються до цього і донну частину різноманітну КІЛЬКІСТЬ приведеної у на яких наведено вируючий стан суміші, наприклад, приблизно 40На Фіг 1 - схематичне зображення в плані при60л стічних вод за секунду Можна також застосострою для біологічного очищення стічних вод вувати певну схему переключення трубопроводів На Фіг 2 - зображення пристрою для біологіч31, зокрема, у випадку великої КІЛЬКОСТІ органічних ного очищення стічних вод за мал 1 у розрізі 60355 8 дальше хімічне розкриття, що полегшує наступне, принаймні аеробне кінцеве очищення Інша перевага поділу на зону сильного й слабкого забруднення полягає в тому, що якісне вторинне прояснення завжди легше й ефективніше проводити після зони слабкого забруднення Про значення якісного вторинного прояснення фахівцеві не слід і нагадувати У певних випадках може виявитися бажаним частково або повністю (безперервно або поперемінно), використовуючи передбачений (не зображено) байпасний трубопровід, обходити зону 7 сильного забруднення, спрямовуючи СТІЧНІ води безпосередньо в зону 9 слабкого забруднення Зверху зону 7 сильного забруднення й зону 9 слабкого забруднення закриває плівка 15, що утворює газосховище, по краях якої для забезпечення оптимальної газонепроникності розташовуються постачені тягарями заглибні закраїни ЗО, що йдуть по периметрі Плівка 15, як правило, характеризується СТІЙКІСТЮ проти дії ультрафіолетових променів і постачена тягарями 25 для стабілізації тиску усередині газосховища, які можна варіювати Якщо ці тягарі виконати у формі довільно заповнюваних водою камер, то можна відрегулювати тиск усередині газосховища У холодніших кліматичних зонах плівку 15 і/або весь басейн 2 теплоізолюють У газосховищі установлюється пристрій 20 для забору бюгазу, за допомогою якого одержаний бюгаз використовують для опалення власних і ЗОВНІШНІХ об'єктів, нагрівання виробничої води, вироблення електричної та іншої енергії тощо Утворюване плівкою 15 газосховище може бути постачено запобіжним продувним стаканом 39, що регулюється по висоті і діє у функції запобіжного обмежувача тиску Крім того, для індикації запоНа розташованій у напрямку Н основного повнення на ПЛІВЦІ 15 газосховища можна механічно току нижче за течією ДІЛЯНЦІ ЗОНИ 7 сильного зазакріпити перекинутий через блок натяжний канат бруднення, із метою рециркуляції активного або 40 (із противагою) із шкалою індикації 41 гранульованого мулу передбачено заглибну стінку з розташованими на середній висоті припливними З метою усунення запаху при експлуатації отворами 29, яка простягається від поверхні майпристрою за даним винаходом або досягнення же до дна зони 7 сильного забруднення, причому необхідного теплоізолювального ефекту зону З відстань між заглибною стінкою 8 і перегородкою змішування й підкислення, а також зону 10 вто13 безперервно зменшується убік дна Спеціальні ринного прояснення можна додатково закрити продувальні сопла в придонній зоні, а також у цігазонепроникною (у разі потреби, теплоізолювальлому підвищена (не зображено) кінетична енергія ною) плівкою в зоні перемішування забезпечують необхідну реПотім ІЗ ЗОНИ 9 слабкого забруднення СТІЧНІ циркуляцію Щоб ліквідувати затори поблизу дна, в води через передбачені у верхній частині перегопоздовжній зоні між заглибною стінкою 8 і перегородки 14 (перед якою на певній відстані розташородкою 13 у придонній частині зони можна установано паралельна їй заглибна стінка 28) випускні вити спеціальні (не зображено) пристрої, наприотвори 27 потрапляють у зону 10 вторинного проклад, лопатеві мішалки яснення Відокремлення перегородкою 14 зони 9 слабкого забруднення від зони 10 вторинного проПотім СТІЧНІ ВОДИ, ЩО все ще містять певні заяснення і, зокрема, установка в зоні 10 вторинного бруднення, через розташовані у верхній частині просвітлення ВІДПОВІДНИХ вбудованих конструкцій, перегородки 13 випускні отвори 19 потрапляють у що доцільно робити при великих кількостях води, зону 9 слабкого забруднення Якщо СТІЧНІ ВОДИ дає змогу забезпечити очищення прояснених стічМІСТЯТЬ компоненти, що важко розкладаються, або них вод, що виходять із зони 10 вторинного проясвиникла потреба в одержанні додаткових резульнення, від мулу і значною мірою знизити, або нататів із ХІМІЧНОГО розкриття цих компонентів, тривіть повністю усунути винесення мулу валість перебування стічних вод у зоні 9 слабкого забруднення може значно перевищувати таку для У зоні 10 вторинного прояснення на похилій зони 7 сильного забруднення Подібних результабічній СТІНЦІ 36 басейну, що простягається перпентів досягають також за рахунок біоценозу, розрадикулярно напрямку Н основного потоку, установхованого в даному випадку більше на подальше й люється пластинчастий сепаратор 21, що підвикінцеве очищення Водночас забезпечується пощує ефективність очищення забруднень, але, насамперед, із метою економії енергії насосів Метаногенна фаза процесу анаеробного розкладу органічних речовин, що входять до складу стічних вод, відбувається в зоні 7 сильного забруднення (об'ємне забруднення приблизно 25-40кг 3 ХПК/м ву Х d) І В ЗОНІ 9 слабкого забруднення (об'3 ємне забруднення приблизно 2-7кг XF1K/M BV x d) Кожна із зон являє собою, так би мовити, ВІДПОВІДНИЙ шар активного мулу (певний специфічний біоценоз) Застосування двох незалежних штамів бактерій (біоценозів), що відрізняються один від одного, забезпечує, серед іншого, підвищений вихід газу метану Шари активного мулу для зони 7 сильного забруднення перемішують, що здійснюється як альтернатива або додатково до форсункового зрошення 42, впорскуючи (у різноманітній формі) воду, суміш води й мулу або повертаний при рециркуляції мул - причому останній може надходити через відвідну систему 11 (що включає принаймні один насос 32 і трубопровідну систему 33) із зони 10 вторинного прояснення - струминними соплами 24п або 24s, розташованими на дні зони 7 сильного забруднення або на дні зони 9 слабкого забруднення 3 метою додаткового забезпечення перемішування в зоні 7 сильного забруднення й у зоні 9 слабкого забруднення можна установити (не зображено) продувальні, наприклад, такі, що вдувають газ, рядні пристрої для подачі нагрітого залежно від клімату або температури бюгазу, або мішалки Продувальні пристрої використовують бюгаз, що надходить із розташованого над зоною 7 сильного забруднення й зоною 9 слабкого забруднення і закриваючого ці зони газосховища й, у разі потреби, нагрівається в (не зображеному) газопідігрівникові 60355 Він розташовується безпосередньо біля зливника 23 для проясненої води, який виконано у формі переливу, наприклад, переливного бака Щоб пристрій функціонував без збоїв, якщо підвідна система 5 не може забезпечити достатньої КІЛЬКОСТІ стічних вод, частину вже оброблених стічних вод необхідно відводити зі зливника 23 і подавати по підвідному трубопроводі 26, у бажаному варіанті, на ділянку стоку зони 3 змішування й підкислення Цей процес відбувається, як правило, автоматично за рахунок ВІДПОВІДНОГО перепаду висот Крім того, якщо СТІЧНІ води, що надходять у систему, мають, наприклад, занадто високу концентрацію отруйних речовин, їх можна розвести, подаючи прояснену воду зі зливника 23 через підвідну систему 5 у зону 3 змішування й підкислення По тим самим рециркуляційним контурам можна здійснювати теплообмін системи стоку (на схемі не зображено) із зоною 3 змішування й підкислення або з ПІДВІДНОЮ системою 5, що дозволить запобігти небажаних тепловтрат Надлишковий мул спрямовується ВІДВІДНОЮ системою 22, що включає передбачений на дні зони 10 вторинного прояснення насос 34 і систему трубопроводів 35, у (не зображений) обвалований шламовий басейн, або через відвідну систему 22 і ПІДВІДНИЙ трубопровід 6 потрапляє у зону 3 змішування й підкислення 10 Степінь очищення стічних вод становить у пристрою за даним винаходом 80-90% Проте, з огляду на наявність двох різних біоценозів, вона нерідко може перевищувати 90% Щоб забезпечити оптимальне очищення, СТІЧНІ ВОДИ через стік 23 можна спрямовувати в наступний, у разі потреби, стаціонарно приєднаний пристрій II для аеробного очищення стічних вод, який може мати зону аеротенка, зону проміжного прояснення, зону додаткової аерації й зону додаткового осадження, або лише перші дві зони Степінь очищення при подібній комбінації з анаеробного й аеробного очищення становить приблизно 99,5% У бажаному варіанті надлишковий мул із зони вторинного прояснення пристрою II спрямовують по підвідному трубопроводі 6 або 26 у зону 3 змішування й підкислення, що дозволяє оптимізувати баланс надлишкового мулу З метою експлуатації у холодніших кліматичних зонах зону 3 змішування й підкислення, зону 7 сильного забруднення, зону 9 слабкого забруднення й, у разі потреби, зону 10 вторинного прояснення можна теплоізолювати, і, якщо необхідно, на вибір устаткувати зону 3 змішування й підкислення, зону 7 сильного забруднення й зону 9 слабкого забруднення нагрівальними системами, такими, як система, позначена позицією 37, наприклад, із подачею гарячої води 11 Комп'ютерна верстка А Ярославцева 60355 12 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119