Спосіб очищення каналізаційних стоків від сполук вуглецю, азоту і фосфору із використанням комбінованих очисних споруд

Реферат: Спосіб очищення каналізаційних стоків від сполук вуглецю, азоту і фосфору здійснюють за допомогою комбінованих очисних споруд, що містять анаеробний психрофільний реактор з розширеним шаром мулу, ємність, яка працює почергово у режимі аеротенку або аноксидного реактора, постаеротенк, відстійник для розділу фаз, адагуляційний аноксидний ущільнювач мулів та обладнання для приготування і дозування реагентів дефосфатизації. В анаеробному реакторі у проточному режимі здійснюють прояснення стоків та початкове їх очищення від розчинених речовин, гідроліз та деструкцію сирого осаду до простих органічних та неорганічних сполук, що є власним субстратом для мікроорганізмів наступних ступенів очищення стоків, селекцію фосфоракумулюючих мікроорганізмів. Подальше очищення стічних вод від сполук вуглецю, азоту і фосфору аеробними та факультативними гідробіонтами здійснюють у наступних секціях, де для гідробіонтів створюються необхідні умови. Ущільнення надлишкових мулів та відокремлення безнітратної мулової води проводять в адагуляційному аноксидному ущільнювачі. UA 106522 C2 (12) UA 106522 C2 UA 106522 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі водовідведення і очищення стічних вод і може бути використаний у житлово-комунальному господарстві та інших галузях для очищення господарсько-побутових і промислових стоків. Відомими способами видалення надлишкових сполук азоту є забезпечення режимів нітрифікації амонію автотрофними продуцентами та денітрифікації нітритів і нітратів гетеротрофними редуцентами до молекулярного азоту. Для видалення сполук фосфору на практиці застосовуються хімічні методи (реагенти) та біологічні способи, за рахунок селекції спеціальних гетеротрофних фосфоракумулюючих організмів (ФАО). Серед відомих схем споруд з активним мулом для видалення сполук вуглецю, азоту і фосфору, можна вказати на системи: "Biodenitro" - [1]; "Envirotech" - підприємство Environment Commerce CZ [2]; 2 A /O процес - [3]; Phoredox - [4]; UCT-процес - [3]; 5-секційний процес Барденпо - [3]. У всіх перерахованих схемах при денітрифікації як джерело вуглецю застосовують сполуки вуглецю з прояснених стоків або ендогенний вуглець, отриманий у процесах гідролізу сирого осаду, надлишкового мулу в умовах продовженої аерації або аеробної стабілізації, на що витрачається значна кількість повітря і відповідно електроенергії та матеріальні ресурси для організації таких систем. Разом з цим, недоліком схеми "Biodenitro" є відсутність анаеробного режиму обробки стоків, що обумовлює застосування додатково до біологічного очищення значних доз хімічних реагентів (солей заліза, алюмінію тощо) для видалення фосфору. Схема "Envirotech" на початку технологічного процесу має розвинену аноксидну стадію обробки стоків, але вона також не гарантує селекцію фосфоракумулюючих мікроорганізмів та відповідно необхідне зниження сполук фосфору біологічним шляхом і вимагає застосування хімічних реагентів. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є 5-секційний процес Барденпо, що включає одну анаеробну, 2 аноксидні і 2 аеробні стадії, який сформований у такій послідовності; анаеробна секція - аноксидна секція - аеробна секція - аноксидна секція - аеробна секція відстійник. Мул з відстійника повертається у голову споруд - в анаеробну секцію (рециркуляція 50-100 % від вхідної рідини), також організована рециркуляція суміші мулу і стоків, які відбираються після першої аеробної секції у першу аноксидну секцію (до 400 % від вхідної рідини). Сам процес можна описати таким чином: в аноксидних секціях (дві стадії) відбувається початкова і кінцева денітрифікація сполук азоту (нітратів і нітритів) до молекулярного азоту та деструкція сполук вуглецю, рециркуляція рідини в першу аноксидну секцію, після першої аеробної секції, що гарантує повну нітрифікацію амонійного азоту; в аеробних секціях (дві стадії) відбуваються процеси деструкції сполук вуглецю, нітрифікація азоту амонійного до нітратів, видалення молекулярного азоту в атмосферу (кінцева секція); в анаеробній секції (одна стадія) відбувається селекція ФАО і найбільше поглинання цими мікроорганізмами поліфосфатів; а ортофосфатів поглинання фосфоракумулюючими мікроорганізмами відбувається в аеробних умовах (2 секції). Також найбільш близьким до запропонованого винаходу є патент 15294 України. "Комбінована споруда біологічної очистки каналізаційних стоків", де у споруді, що складається з анаеробного психрофільного реактора з розширеним шаром мулу, аеробного біофільтра, аеротенка-відстійника стічні води послідовно проходять очищення у секціях, у яких селектуються відповідні гідробіонти. Надлишковий мул і біоплівка з аеробних секцій очищення направляються на мінералізацію в анаеробний реактор. Також в споруді організована рециркуляція суміші стоків, мулу і біоплівки з аеротенка-відстійника до аеробного біофільтра. Анаеробний психрофільний реактор з розширеним шаром мулу, який працює в проточному режимі, є деструктором завислих і частково розчинених органічних речовин та одночасно є генератором поживного субстрату для наступних стадій очищення. Даний субстрат представлений простими органічними сполуками (кислоти, вуглеводи) та неорганічними речовинами. Таким чином анаеробна стадія за даним патентом є не тільки селектором ФАО, але і секцією підготовки необхідного субстрату для гетеротрофів і автотрофів наступних стадій очищення стоків. Недоліком перерахованих та подібних систем є застосування стисненого повітря для деградації сирого осаду і генерування з нього поживного субстрату, а в апаратному виконанні надлишкові витрати матеріальних ресурсів для будівництва додаткових ємностей, недостатня ефективність біологічного очищення від сполук фосфору. 1 UA 106522 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Задача винаходу - розробити спосіб очищення каналізаційних стоків із використанням споруди меншої матеріалоємності, з меншими витратами енергоносіїв для глибокого біологічного видалення сполук вуглецю, азоту і фосфору. Поставлена задача вирішується застосуванням способу очищення каналізаційних стоків від сполук вуглецю, азоту і фосфору із використанням споруд "БІОКОНВЕЄР", який відрізняється тим, що процес біологічного очищення відбувається у відповідних секціях та складається із наступних стадій: - анаеробна стадія обробки стоків з їх проясненням, деструкції затриманого сирого осаду і підготовки поживного субстрату для наступних стадій очищення, селектування фосфоракумулюючих мікроорганізмів, виведення затриманого фосфору з надлишковим мулом, яка здійснюється в спеціальній анаеробній секції, виконаній як анаеробний психрофільний реактор з висхідним потоком рідини і розширеним шаром мулу; - у спеціальній секції, де періодично проходять аеробні і аноксидні процеси - ARS аеротенку, що працює зі зміною аеробних і аноксидних режимів, у якій відбуваються стадії деструкції сполук вуглецю, нітрифікації і денітрифікації азоту, видалення ортофосфатів з розчину та рециркуляції суміші до 1000 % в об'ємі секції; - в аеробній секції, в постаеротенку, відбуваються стадії насичення киснем суміші стічної води і активного аеробного мулу, фінішне доокислення можливих залишків забруднень стічної води, видалення молекулярного азоту в атмосферу, відведення надлишкового мулу із технологічного процесу; - у відстійнику відбувається розділення стічної води і активного мулу в аноксидних умовах, необхідне ущільнення мулу, відведення ущільненого мулу до ARS аеротенку (рециркуляція 60100 %); - в адагуляційному аноксидному ущільнювачі надлишкового мулу анаеробної і аеробної стадій очищення стоків, де в аноксидних умовах проводиться примусова контактна коагуляція (ущільнення) мулів, що також зменшує вірогідність надходження нітратів з муловою водою до анаеробного реактора (в голову споруд); - у випадку очищення суміші побутових та виробничих стоків, що мають підвищений вміст сполук фосфору, проводиться стадія приготування та дозування реагантів дефосфатизації. Новизною винаходу є те, що у способі застосовуються споруди біологічного очищення "Біоконвеєр", що складаються: - зі спеціальної анаеробної секції - з анаеробного психрофільного реактора з розширеним шаром мулу, де відбувається анаеробна стадія обробки стоків, деструкція сирого осаду і підготовка поживного субстрату для наступних стадій очищення, селектування фосфоракумулюючих мікроорганізмів, виведення затриманого фосфору з надлишковим мулом; - зі спеціальної секції, у якій періодично проходять аеробні і аноксидні процеси - ARS аеротенка, що працює зі зміною аеробних і аноксидних режимів, де відбуваються стадії деструкції сполук вуглецю, нітрифікації і денітрифікації азоту, видалення ортофосфатів з розчину; - з аеробної секції - з постаеротенка, де відбуваються стадії насичення киснем суміші стічної води і активного аеробного мулу, фінішне доокислення можливих залишків забруднень стічної води, видалення молекулярного азоту в атмосферу, відведення надлишкового мулу із технологічного процесу; - з відстійника, де відбувається розділ стічної води і активного мулу в аноксидних умовах, необхідне ущільнення мулу, відведення ущільненого мулу до ARS аеротенку (рециркуляція 60100 %); - з адагуляційного аноксидного ущільнювача надлишкових мулів анаеробної і аеробної стадій очищення стоків, де в аноксидних умовах проводиться прискорена контактна коагуляція (ущільнення) мулу та зменшується вірогідність надходження нітратів з муловою водою до анаеробного реактора (в голову споруд); - з обладнання приготування та дозування реагентів дефосфатизації, у випадку очищення суміші побутових та виробничих стоків, наприклад - стоків молокозаводів, що мають підвищений вміст сполук фосфору. Споруди "Біоконвеєр" для видалення сполук вуглецю, азоту і фосфору схематично показані на фіг. 1 та фіг. 2. На фіг. 1 відображено ARS аеротенк в умовах аерації - окислення вуглецю та нітрифікації амонійного азоту, видалення ортофосфатів, а на фіг. 2 - в умовах денітрифікації, видалення сполук вуглецю, при відключенні аерації ємності ARS аеротенку. Споруди біологічного очищення каналізаційних стоків від сполук вуглецю, азоту і фосфору мають приймальну ємність (1), анаеробний психрофільний реактор з розширеним шаром мулу 2 UA 106522 C2 5 10 15 20 25 (2), ARS аеротенк періодичної дії (3), постаеротенк (4), відстійник (5), адагуляційний аноксидний ущільнювач мулу (6), обладнання для введення реагентів дефосфатизації (7). Анаеробний психрофільний реактор у нижній частині має розподільчу систему подачі стоків, трубопровід відведення надлишкового мулу і при потребі може бути обладнаний ковпаком для збору біогазу. Оброблені стоки в анаеробних умовах разом з винесеним анаеробним мулом, не 3 більше 85-100 мг/дм , постійно відводяться з верхньої частини реактора в ARS аеротенк. В ARS аеротенку встановлюється система аерації, що захищена від проникнення води при відключенні повітря та потокоутворювачі, які забезпечують рух суміші мулу і стічної води: - для попередження випадання завислих часток (мулу) при відключенні повітря, при переведенні секції в режим денітрифікації; - для забезпечення якісного перемішування стоків, що надходять з анаеробного реактора з рідиною басейна; - для внутрішньої рециркуляції суміші (до 1000 %). З верхньої частини ARS аеротенку рідина в розрахункових об'ємах постійно перетікає в постаеротенк. Постаеротенк також обладнаний захищеною системою аерації і в його ємність за потребою можуть подаватися реагенти для дефосфатизації, у тому числі і двовалентне залізо, що потребує окислення. З нижньої частини цієї секції також постійно відводиться надлишковий мул на ущільнення, з верхньої - оброблені стічні води з мулом для розділення у відстійнику. За потребою, у верхню частину відстійника може бути завантажена полімерна насадка для покращення очищення води. Відстійник також обладнаний системою постійного відведення ущільненого активного мулу необхідної концентрації. Надлишковий мул з постаеротенку направляється в нижню частину адагуляційного аноксидного ущільнювача, де він періодично механічно перемішується з добре структурованим мулом анаеробного реактора (пластівці компактні, цілісні, є гранульовані форми), частинки якого мають значно більші лінійні розміри. У результаті контактної коагуляції відбувається укрупнення часток мулу (ущільнення). Після відстоювання і розділення суміші, надмулова вода відкачується в приймальну ємність анаеробного реактора, а ущільнений мул направляється на зневоднення. Параметри очищення (вода до очищення та вода після очищення) Назва показника 1. Вміст органічних забруднень розчинених і 3 завислих в ХСК, мг/дм 2. Вміст сполук азоту 3 загального, мг/дм 3. Вміст сполук фосфору 3 загального, мг/дм Типові значення до очищення Значення після очищення Ефект очищення, % 480,0 40,0 92 50,0 12,0 76 10,0 0,5 95 30 35 40 45 Таким чином, розроблено спосіб біологічного очищення каналізаційних стоків із використанням споруд "Біоконвеєр" для очищення господарсько-побутових і промислових стоків від сполук вуглецю, азоту, фосфору, чим і забезпечується вирішення поставленої задачі. Перелік посилань 1. Хенце М. Очистка сточных вод: пер. с англ. / М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-Кур-Янсен, Э. Арван. - Москва: Мир, 2006. - 480 с. 2. Рекламні матеріали та техніко-економічне обґрунтування КОС м. Бориспіль підприємства Environment Commerce CZ (Environment Україна). 3. Колесников В.П., Вильсон Е.В. Современное развитие технологических процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях. - Ростов-на-Дону: "Изд-во "Юг", 2005. 212 с. 4. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006-704 с. 5 Патент України на корисну модель UA15294 U (Євдокименко О.М., Писанка М.В. Комбінована споруда біологічної очистки каналізаційних стоків), опубл. 15.06.2006, Бюл. № 6, 2006 р. 3 UA 106522 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 Спосіб очищення каналізаційних стоків від сполук вуглецю, азоту і фосфору із використанням комбінованих очисних споруд, який відрізняється тим, що процес біологічного очищення відбувається у відповідних секціях та складається із наступних стадій: - в спеціальній анаеробній секції, виконаній як анаеробний психрофільний реактор з висхідним потоком рідини і розширеним шаром мулу, здійснюється анаеробна стадія обробки стоків з їх проясненням, деструкцією затриманого сирого осаду і підготовкою поживного субстрату для наступних стадій очищення, селектуванням фосфоракумулюючих мікроорганізмів, виведенням затриманого фосфору з надлишковим мулом; - у спеціальній секції, де періодично проходять аеробні і аноксидні процеси - ARS аеротенку, що працює зі зміною аеробних і аноксидних режимів, відбуваються стадії деструкції сполук вуглецю, нітрифікації і денітрифікації азоту, видалення ортофосфатів з розчину та рециркуляції суміші до 1000 % в об'ємі секції; - в аеробній секції, в постаеротенку, відбуваються стадії насичення киснем суміші стічної води і активного аеробного мулу, фінішне доокислення можливих залишків забруднень стічної води, видалення молекулярного азоту в атмосферу, відведення надлишкового мулу із технологічного процесу; - у відстійнику відбувається розділ стічної води і активного мулу в аноксидних умовах, необхідне ущільнення мулу, відведення ущільненого мулу до ARS аеротенку (рециркуляція 60-100 %); - в адагуляційному аноксидному ущільнювачі надлишкового мулу анаеробної і аеробної стадій очищення стоків в аноксидних умовах проводиться примусова контактна коагуляція (ущільнення) мулів, що зменшує вірогідність надходження нітратів з муловою водою до анаеробного реактора (в голову споруд); - у випадку очищення суміші побутових та виробничих стоків, що мають підвищений вміст сполук фосфору, проводиться стадія приготування та дозування реагентів дефосфатизації. 4 UA 106522 C2 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 5