Спосіб очищення стічних вод

Реферат: Спосіб очищення стічних вод, що включає чищення від органічних забруднювачів здійснюють в біохімічному реакторі з вертикальним рухом рідинної фази через шар анаеробного мулу з отриманням низькокалорійного біогазу. Очищення від амонійного азоту здійснюють у реакторі з бактеріями, що забезпечують Anammox-процес. При цьому очищення від важких металів здійснюють після очищення від амонійного азоту. UA 93545 U (12) UA 93545 U UA 93545 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу очищення стічних вод, зокрема від органічних забруднювачів, амонійного азоту та важких металів, і може використовуватись для очищення фільтратів полігонів твердих побутових відходів та в комунальному господарстві. Відомий спосіб очищення стічних вод від амонійного азоту [Патент на корисну модель України № 33353 "Спосіб біологічного очищення стічних вод від амонійного азоту" Гвоздяк П.І., Безкровна М.В., Михайловська М.В., МПК C02F3/30, Бюл. № 12, 2008 р.], що включає двостадійну біологічну очистку у біореакторах із іммобілізаційними насадками із залученням нітрифікуючих бактерій та anammox-бактерій: на першій стадії очищення стічні води розділяються на 2 потоки у заданому співвідношенні за об'ємом, один із цих потоків подають в аеробний біореактор, де він обробляється нітрифікуючими бактеріями, а другий потік - в анаеробний реактор, де відбувається обробка гетеротрофними анаеробними бактеріями. В подальшому ці потоки об'єднуються в Anammox-біореакторі, де відбувається друга стадія очищення. Anammox-процес реалізується в анаеробних умовах і дозволяє забезпечити значну економію енергії внаслідок відсутності аерації. Проте спосіб не дозволяє досягти комплексного очищення висококонцентрованих багатокомпонентних стічних вод, оскільки не дозволяє очищати їх від важких металів та органічних забруднювачів. Окрім того, такі стічні води характеризуються високим вмістом легкозасвоюваних органічних сполук, тому бактерії Anammox не зможуть конкурувати з денітрифікуючими бактеріями через низьку швидкість росту перших [Tang C.-J. Suppression of anaerobic ammonium oxidizers under high organic content in high-rate Anammox UASB reactor / C.J. Tang, P. Zheng, C.-H. Wang, Q. Mahmood // Bioresource technology. -2010. -№ 101(6). -p. 17621768], що знижує загальну ефективність очищення фільтратів від амонійного азоту. Відомий спосіб переробки рідких стоків тваринницьких ферм [Деклараційний патент України № 535112 "Спосіб переробки рідких стоків тваринницьких ферм", Тенденко C.O., Шапорєв В.П., Перцев Л.П., МКИ 7 C05F3/00, Бюл. № 1, 2003 p.], який включає відділення фільтрату від твердої фази, упарювання фільтрату, його метанове зброджування, відділення та збір біогазу. Спосіб дозволяє ефективно очистити стічні води від органічних забруднювачів. Проте цей спосіб не забезпечує очищення від амонійного азоту та важких металів, які присутні в висококонцентрованих багатокомпонентних стічних водах. Відомий спосіб очищення стічних вод, що включає очищення від органічних забруднювачів, амонійного азоту та важких металів [Деклараційний патент України № 72677 "Спосіб комплексного очищення висококонцентрованих стічних вод" Корчик Н.М., Бухальська Ю.Г., Омельчук В.П., МПК (2006) C02F 9/00, C02F 1/20, Бюл. № 3, 2005 p.] (найближчий аналог). Очищення від органічних забруднювачів здійснюють шляхом послідовної обробки стічних вод коагулянтом і флокулянтом з наступним відстоюванням та фільтруванням, обробкою пероксидом водню з кислотою. Очищення від важких металів здійснюють шляхом оброблення стічних вод лужним реагентом з наступним відстоюванням та фільтруванням. Очищення від амонійного азоту здійснюють шляхом віддувки аміаку. Після чого проводять корегування рН та фільтрування. Проте цей спосіб не може забезпечити високий ступінь очищення висококонцентрованих багатокомпонентних стічних вод, якими є фільтрати полігонів твердих побутових відходів, оскільки при його реалізації важко досягти вузьких значень рН для реалізації окремих процесів внаслідок багатокомпонентного складу та змінного в часі рН стічних вод, складності в досягненні необхідного рівня гомогенізації. Окрім того, спосіб потребує використання великої кількості реагентів та підвищеної кількості енергії для аерації розчину, а вилучений аміак потребує розроблення та впровадження окремої технології його утилізації. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу очищення стічних вод, в якому нове та послідовне виконання стадій очищення забезпечило би можливість очищення висококонцентрованих багатокомпонентних стічних вод, з використанням незначної кількості реагентів і енергії та утворення низькокалорійного біогазу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі очищення стічних вод, що включає очищення від органічних забруднювачів, амонійного азоту та важких металів, згідно з корисною моделлю, очищення від органічних забруднювачів здійснюють в біохімічному реакторі з вертикальним рухом рідинної фази через шар анаеробного мулу з отриманням низькокалорійного біогазу, а очищення від амонійного азоту здійснюють у реакторі з бактеріями, що забезпечують Anammox-процес, при цьому очищення від важких металів здійснюють після очищення від амонійного азоту. Це дозволяє очистити висококонцентровані багатокомпонентні стічні води від органічних забруднювачів, амонійного азоту та важких металів, забезпечує енергоощадність в процесі біологічного очищення стічних вод від органічних забруднювачів із одержанням 1 UA 93545 U 5 10 низькокалорійного біогазу, що подається в систему збору біогазу полігону, використання мінімальної кількості реагентів необхідних для очищення, ліквідувати енергетичні витрати на аерацію та витрати на введення в систему додаткового джерела азоту на стадії очищення стічних вод від амонійного азоту, оскільки процес проходить в анаеробних умовах. Спосіб біологічного очищення стічних вод здійснюють так. Очищення від органічних забруднювачів проводили у термостатованому біохімічному реакторі об'ємом 3,5 л з шаром анаеробного мулу об'ємом 1 л. Швидкість прокачування - 9,6 л/добу. В його нижню частину перильстатичним насосом подавали стічні води з Грибовицького полігону твердих побутових відходів. Утворений біогаз відводили в газгольдер мокрого типу, контролювали вихід газу та його склад [за методом абсолютного калібрування на хроматографі "Газохром 3101"]. У вхідних та очищених від органічних забруднювачів фільтратах визначали ХСК (хімічне споживання кисню) [КНД. 211.1.4.021.-95. Методика визначення хімічного споживання кисню в поверхневих і стічних водах.]. Дослідження проводили за різних значень температур. Результати досліджень приведені в таблиці 1. 15 Таблиця 1 Умови та результати дослідження № пп. Температура, °C 1 2 3 4 20 25 30 30 32 34 36 3 Об'єм біогазу, см /(добу л.фільтратів) Вхідні стоки Очищені стоки 22,9 29,2 30,2 29,3 Вміст метану, % ХСК 6880 15,2 18,1 17,4 17,5 3520 3040 3150 3230 Аналіз результатів стадії очищення від органічних забруднювачів свідчить, що найкращі умови перебігу процесу спостерігаються за температури 32-34 °C. За температури нижче 32 °C спостерігається уповільнення біохімічного процесу, температуру вище 34 °C підвищувати недоцільно, оскільки суттєвого покращення процесу не спостерігається, а додатковий нагрів стічних вод потребує додаткової витрати енергії. Очищення від амонійного азоту проводили у реакторі, в який подавали стічну воду з наступним вмістом речовин: Na2HPO4 - 59 мг/л; NaNO2 - 100 мг/л; NH4Cl - 70 мг/л; NaHCO3 - 714 мг/л; KСl - 373 мг/л; 1 мл/л розчину мікроелементів з наступним вмістом речовин в г/л: трилон Б - 19.1, ZnSO4-7H2O - 0.43, СоСl2-6Н2О - 0.24, МnСl2-4Н2О - 0.99, CuSO4-5H2O - 0.25, NaMoO42H2O - 0.22, NiNO3-6H2O - 0.18, Na2SeO3-10H2O - 0.098, H3BO4 - 0.014, що відповідає складу стічних вод після змішування двох потоків - з аеробного та анаеробного біореакторів. У реакторі на природних носіях були іммобілізовані бактерії виду Brocadia, Kuenenia, Scalindua, що реалізують ANAMMOX-процес. Температура процесу була в межах 27-32 °C, рН середовища підтримували в межах 7,5-8,0. Проби відбирали з періодичністю 3 рази на тиждень на вході та на виході з експериментальної установки та аналізували на вміст іонів амонію [КНД 211.1.4.03095 Методика фотометричного визначення амоній іонів з реактивом Неслера в стічних водах] (табл. 2). 2 UA 93545 U Таблиця 2 Результати очищення від амонійного азоту День 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Концентрація амонійного азоту*, мг/л На вході в стадію На виході із стадії 63,8 5,1 66,8 7,1 61,2 5,7 75,2 8,4 71,9 9,9 71,6 10,7 76,4 9,4 79,6 9,0 76,8 5,6 64,2 3,6 67,1 3,0 * - концентрація амонійного азоту за азотом. 5 10 ГДК амонійного азоту у воді господарсько-питного водопостачання і рибогосподарського призначення рівні 2,0 та 0,5 мг/л відповідно. Як видно із отриманих результатів, ANAMMOX-процес є високоефективним методом вилучення амонійного азоту і не потребує великої кількості енергії та додаткового джерела азоту, а отже, може застосовуватись для очищення висококонцентрованих багатокомпонентних стічних вод від амонійного азоту. Очищення від важких металів здійснювали, як у найближчому аналозі. Стічні води після стадії очищення від амонійного азоту оброблялись лужним реагентом - 10 % розчином вапняного молока, подаються у відстійник-освітлювач, де проходить повне очищення від зважених речовин. Також при дослідженні вимірювались значення БПК (біологічна потреба в кисні) та ХПК (хімічна потреба в кисні). Результати досліджень приведені в таблиці 3. Таблиця 3 Результати очищення від важких металів № пп. 1 2 3 4 5 6 7 Параметр, що вимірювали БПК, мгО2/л ХПК, мгО2/л Залізо, мг/л Цинк, мг/л Свинець, мг/л Хром, мг/л Кадмій, мг/л ГДК речовин у воді На вході в На виході із стадії господарсько-питного рибогосподарського стадію водопостачання призначення 1600 20 800 8 25 0,5 0,3 0,005 0,5 0,05 1,0 0,01 0,11 0,002 0,03 0,1 0,68 0,002 0,05 0,001 0,03 0,001 0,001 0,005 15 20 Таким чином, пропонований спосіб на стадії очищення від важких металів дозволяє проводити очищення до зменшення вмісту важких металів у стічних водах менше ГДК (гранично допустимих концентрацій). Аналіз результатів експериментальних досліджень запропонованого способу очищення стічних вод свідчить про те, що він дозволяє ефективно провести очищення від багатокомпонентних забруднювачів, знизивши їх вміст в стічних водах до рівня менше ГДК. Після очищення вода може бути спущена у поверхневі водойми. 3 UA 93545 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб очищення стічних вод, що включає очищення від органічних забруднювачів, амонійного азоту та важких металів, який відрізняється тим, що очищення від органічних забруднювачів здійснюють в біохімічному реакторі з вертикальним рухом рідинної фази через шар анаеробного мулу з отриманням низькокалорійного біогазу, а очищення від амонійного азоту здійснюють у реакторі з бактеріями, що забезпечують Anammox-процес, при цьому очищення від важких металів здійснюють після очищення від амонійного азоту. 10 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4