Спосіб очищення стічних вод та установка для його здійснення

1. Способ очистки сточных вод, включающий коагуляцию, отстаивание, аэрацию, фильтрацию и отдувку аммиака, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что коагуляцию осуществляют путем электрокоагуляции с использованием железных электродов, аэрацию осуществляют струйной аэрацией после отдувки аммиака в две стадии, на первой из которых поверхность контакта воздуха с очищаемой водой создают посредством ило-водяной смеси, распределение которой по рабочему объему поддерживают рециркуляцией, при этом используют для пеногашения воздух, направляемый на отдувку аммиака, на второй стадии указанную поверхность создают введением в поток очищаемой воды насадки и формирование на ее поверхности биоплен ки, причем скорости потоков воздуха и воды и количество насадки подбирают таким образом, чтобы скорости образования и самоокисления биопленки были равны, и после аэрации воду пропускают в анаэробных условиях через насадку с биопленкой, причем в качестве углеродсодержащего субстрата используют частично очищенную воду. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что поток подлежащей фильтрации воды в момент забивания пор фильтрационных каналов направляют перпендикулярно направлению фильтрации. 3. Установка для очистки сточных вод, содержащая коагулятор отстойник, фильтр, колонну для отдувки аммиака и сборник шламов, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она снабжена соединенным последовательно с колонной отдувки аммиака устройством аэробно-анаэробной обработки, выполненный в виде ряда последовательно соединенных реакторов со встроенными струйными аэраторами, первый из которых сообщен с колонной отдувки аммиака и снабжен системой рециркуляции, остальные выполнены с насадкой для биопленки, а последний реактор соединен с выходом из колонны отдувки аммиака. 4. Установка по п.З, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что фильтр, установленный в верхней части колонны отдувки аммиака, выполнен в виде горизонтально расположенных трубок с пористыми стенками, поры которых обращены в сторону слива в колонну, а торцы трубок соединены с одной стороны с коагулятором, а с другой стороны - со сборником шлама. со со О 11138 Заявляемое техническое решение относится к физико-химической и биологической очистке хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод с целью их использования для технического водоснабжения. Известен способ очистки сточных вод (1) свиноводческих комплексов, включающий первичное отстаивание, двухступенчатую обработку в аэротенках с промежуточным вторичным отстаиванием и с последующей флотацией. Способ осуществим только в открытых резервуарах, занимающих большую территорию и являющихся источником дурного запаха. Кроме того, процесс очистки в открытых резервуарах зависит от сезонных и климатических колебаний. Продолжительность процесса, из-за ограниченной площади поверхности контакта очищаемой воды с воздухом, довольно велика и составляет несколько суток. Наиболее близким к заявляемому является способ очистки сточных вод, включающий коагуляцию, отстаивание, аэрацию, фильтрацию и отдувку аммиака (2). В этом случае коагуляцию осуществляют 10%-ным раствором известкового молока до создания рН 11,5-11,7. Отстаивание, необходимое для выпадения и отделения известкового осадка, длится 1.5-2 часа. Необходимость приготовления раствора известкового молока определенной концентрации, необходимость доставки реагентов и проблемы их складирования обусловливают неудобство и сложность способа-прототипа. Аэрацию, с целью отдувки аммиака, осуществляют путем пропускания через очищаемую воду, нагреваемую при этом до 90°, потока соответствующего количества воздуха. После отдувки необходима операция рекарбонизации для удаления введенного при известковании кальция путем его осаждения углекислым газом и нейтрализации его гидроокиси. Операция рекарбонизации не обеспечивает полной очистки и, вместе с тем, удлиняет и усложняет этот процесс. Наличие остаточных примесей предопределяет следующую о п е р а ц и ю очистки фильтрование. В качестве фильтрационного материала в данном случае выбраны керамзит и антрацит. Фильтрационные каналы, образуемые указанными материалами, с одной стороны, не обеспечивают высокой степени отделения остаточных примесей от воды, а, с другой, являются причиной большой продолжительности фильтрования: от 12 до 24 часов. Кроме того, периодическое забивание указанных каналов обусловливает необходимость периодической водоврздушной промывки, для осуществления 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 которой процесс очистки приходится периодически прерывать. Из (2) известна установка для осуществления этого способа. Установка содержит последовательно соединенные коагулятор, первый отстойник, колонну для отдувки аммиака, узел рекарбонизации, выполненный в виде двух сатураторов и второго отстойника между ними для удаления карбоната кальция, а также фильтр в виде металлической колонны, заполненной антрацитом и керамзитом и снабженной насосом для водовоздушной промывки фильтра. Последовательно с фильтром соединен узел радиационного обезвреживания, содержащий источник ионизирующего излучения, в частности, ускоритель электронов типа ИЛУ или ЭЛВ. Для каждой установки очистки сточных вод указанного типа требуется ускоритель мощностью 20 кВт. Специфичность у к а з а н н о г о и о н и з и р у ю щ е г о источника и опасность его для здоровья людей сильно ограничивает возможности применения указанных способа и установки. Кроме того, конструкция фильтра не позволяет сократить продолжительность фильтрации и не обеспечивает достаточно высокую степень очистки сточной воды, что наряду с отстойниками, в которых вода должна находиться длительное время и которые тоже не обеспечивают полноты ее очистки, колонной для отдувки аммиака, которая потребует весь воздух, расходуемый на установку, и сатураторами для рекарбонизации, потребляющими дополнительно поставляемый углекислый газ и требующими дополнительно времени и затрат энергии - в совокупности не позволяют обеспечить высокую производительность и рационально использовать воздух, а также повысить степень очистки воды. Целью изобретения является повышение степени очистки воды и использования воздуха. Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки сточных вод, включающем коагуляцию, отстаивание, аэрацию, фильтрацию и отдувку аммиака, согласно заявляемому техническому решению, коагуляцию осуществляют путем электрокоагуляции с использованием железных электродов, аэрацию осуществляют струйной аэрацией после отдувки аммиака в две стадии, на первой из которых поверхность контакта воздуха с очищаемой водой создают посредством ило-водяной смеси, распределение которой по рабочему объему поддерживают рециркуляцией, и при этом используют для пеногашения воздух, направляемый на. отдувку аммиака, а на второй стадии указанную по 11138 родсодержащих веществ. Новым является верхность создают введением в поток очииспользование в качестве указанных вещаемой воды насадки и формированием на ществ частично очищенной отдувкой аммиаее поверхности биопленки, причем скорости ка воды. Благодаря этому обеспечивается потоков воздуха и воды и количество насадки подбирают таким образом, чтобы скоро- 5 дополнительная очистка без дополнительных реагентов и, следовательно, повышение сти образования и самоокисления степени очистки воды более простым, чем биопленки были равны, и после аэрации вопрототип, способом. ду пропускают в анаэробных условиях через На стадии фильтрации изменение нанасадку с биопленкой, причем в качестве углеродсодержащего субстрата используют 10 правления потока очищаемой воды при забивании фильтрационных пор с частично очищенную воду. продольного относительно каналов пор на Кроме того, указанная цель достигается поперечное обеспечивает как механический тем, что поток подлежащей фильтрованию смыв налипших на стенки фильтра остатков воды в момент забивания пор фильтрационных каналов направляют перпендикулярно 15 загрязнений, так и всасывание остатков жидкости из пор в поток очищаемой воды и, направлению фильтрации. следовательно автоматическое удаление из Благодаря активации роста культуры них загрязнений. Благодаря этому операция бактерий - как автотрофов, обеспечиваюфильтрации, по сравнению с прототипом, не щих интенсификацию процессов нитрификации аммонийного азота, так и 20 требует ни специального времени, ни специальных мер для очистки или замены фильтра гетеротрофов, способствующих денитрифии поэтому обеспечивает дополнительно упкации и окислению углеродсодержащих верощение всего процесса очистки воды в цеществ - введением в очищаемую воду в лом. качестве активатора ионов железа интенсифицируются процессы на всех стадиях 25 Предлагаемый способ может быть осуаэробно-анаэробной очистки. ществлен в установке, которая содержит коагулятор, отстойник, фильтр, колонку для На первой стадии струйной обработки отдувки аммиака и сборник шламов и котоаэрацией интенсифицируется образование рая, согласно заявляемому техническому реактивного ила, который вследствие перемеснабжена шивания путем рециркуляции и струйной 30 шению, дополнительно соединенным последовательно с колонной аэрации образует на указанной стадии илоотдувки аммиака узлом аэробно-анаэробводяную смесь, распределяемую рециркуляной обработки, выполненным в виде ряда ционным потоком по всему объему этой последовательно соединенных реакторов со зоны и обеспечивающую поэтому ускоренную очистку воды. 35 встроенными струйными аэраторами, первый из которых сообщен с колонной отдувки На второй стадии очистки воды струйаммиака и снабжен системой рециркуляции, ной аэрацией благодаря введению в поток а остальные выполнены с развитой поверхочищаемой воды насадки и, тем самым, соностью в виде насадки для биопленки, призданию в нем развитой поверхности в сочечем последний реактор соединен с выходом тании с введением ионов железа созданы 40 из колонны отдувки аммиака. благоприятные условия для образования на ней биопленки, которая обеспечивает окисКроме того, в предлагаемой установке, ление остатков органических загрязнений и согласно заявляемому техническому решеполную нитрификацию аммонийного азота, нию, фильтр, установленный в верхней часпричем скорость процесса и, следовательно, 45 ти колонны отдувки аммиака, выполнен в степень очистки воды определяется толщивиде горизонтально расположенных трубок ной биопленки, поскольку от нее зависит с пористыми стенками, поры которых обраколичество проникающего в биопленку кисщены в сторону слива в колонну, а торцы лорода. Толщина биопленки определяется трубок соединены с одной стороны с коагускоростью ее роста и скоростью самоокис- 50 лятором, а с другой стороны - со сборником ления, которые в процессе очистки поддершлама. живаются равными и определяются Описанная установка позволяет сочеколичеством и удельной поверхностью натать в очистке хозяйственно-бытовых и сельсадки и скоростями потока очищаемой воды скохозяйственных сточных вод и аэрационного воздуха, а также степенью 55 электрокоагуляцию при использовании женачальной загрязненности воды. лезных электродов со струйной аэрацией в Нитрифицированный аммонийный азот, условиях развитой поверхности контакта содержащийся в воде после струйной аэрааэрационного воздуха с очищаемой водой ции, денитрифицируют известным приемом при использовании струи воздуха, направанаэробной обработки в присутствии углеляемого на отдувку аммиака, для пеногаше 11138 ния и автоматическую самоочистку во время фильтрации фильтрационных каналов, что повышает степень очистки воды и степень используемости воздуха. Достижение этой цели обеспечивается созданием благоприятных условий роста культуры бактерий соответственно свойствам, присущим предлагаемому способу. Повышение степени очистки воды обусловлено тем, что обеспечена автоматичеекая очистка фильтра в процессе работы установки, благодаря чему стабилизирован процесс очистки воды в целом. Кроме того, процесс очистки воды стабилизирован дополнительно непрерывным разрушением пены из первого струйного аэратора, что обусловлено тем, что он сообщен с колонной отдувки аммиака, а также последовательным размещением реакторов аэробно-анаэр о б н о й о б р а б о т к и по ходу потока очищаемой воды после электрокоагулятора и, тем самым, обеспечением возможности непрерывного введения в зоны аэрации активатора, образующегося в результате электрокоагуляции, - ионов железа, и большой поверхности контакта очищаемой воды с аэрационным воздухом, для чего на первой стадии струйной аэрации система рециркуляции непрерывно обеспечивает перемешивание ило-водяной смеси и, тем самым, распределение ее по всему обьему рабочего пространства, насадка реакторов второй стадии обеспечивает при включенной системе аэрации аэробные условия обработки воды, а насадка реактора послеаэрационной обработки в отсутствие аэрации и при введении углеродсодержащей воды создает анаэробные условия очистки воды, что обеспечивается отличительными признаками, характеризующими расположение реакторов с аэраторами, их тип и форму выполнения, а также выполнение и расположение фильтра. В известных источниках информации такие признаки не обнаружены. Способ осуществляют следующим образом. Подлежащую очистке воду подают в зону электрокоагуляции, где под действием электрического тока и при использовании электродов из железа происходит переход последнего в водный раствор в виде катионов гидроокиси железа. Часть этих катионов обеспечивает коагуляцию взвешенных веществ. Другая часть гидроокиси железа попадает в последующие зоны очистки. После коагуляции следует отстаивание и флотация. После флотации очищаемую воду фильтруют, а затем подвергают отдувке аммиака. После отдувки аммиака воду аэрируют путем струйной аэрации, для чего сначала ее 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 направляют в первую зону струйной аэрации, где происходит образование ило-водяной смеси. Часть этой смеси, с целью ее непрерывного распределения по всему объему рабочего пространства первой зоны, рециркулируют, а образовавшуюся пену удаляют с поверхности воды струей воздуха, направляемого на отдувку аммиака. Затем очищаемую воду направляют во вторую зону аэробной обработки, где в нее вводят насадку в таком количестве, что при заданных значениях скоростей потока воды и аэрационного воздуха скорость образования биопленки на поверхности насадки и скорость ее самоокисления равны. Непрерывно осуществляют струйную аэрацию. После струйной аэрации очищаемую воду пропускают через насадку с биопленкой в анаэробных условиях, и на этой стадии вводит в зону очистки воду, очищенную лишь частично после отдувки аммиака. Описанный способ осуществляют с помощью установки, представленной ниже графически. Фиг.1 - технологическая схема установки для осуществления заявляемого способа. Фиг,2 - узел соединения первого реактора с колонной отдувки аммиака. Установка содержит электрокоагулятор 1, пеносборник 2, тонкослойный отстойник 3, электрофлотатор 4, объединенные в одном общем корпусе 5 и снабженные сливными вентилями, соответственно, 6,7 и 8 со сливной линией 9 и линией 10 подачи очищаемой воды насосом 11 на вход фильтра 12, снабженного с противоположного входу торца чувствительным к давлению клапаном (на схеме не показан), приводящим в действие вентиль 13, открывающийся в слив 14. Фильтр 12, представляющий собой пакет трубчатых ультрафильтров, установлен в верхней части колонны 14 и снабжен сливом 15. В своей нижней части колонна 14 снабжена патрубком 16, подключающим к колонне вентилятор 17, причем эта нижняя часть колонны сообщена с реактором 18 (I), который конструктивно размещен под колонной, служит ей основанием и соединен с нею патрубками 19 и 20, из которых 19 служит стыком колонны и реактора, а также снабжен струйным аэратором 21 и системой рециркуляции в виде трубопровода 22 с насосом 23. Реактор 18 соединен патрубком 24 с отстойником 25, который имеет слив 26 и соединен с реактором 28 со струйным аэратором 29 и системой рециркуляции 30 с компрессором 31. Реактор 28 (II) содержит насадку 32. К реактору 28 последовательно подключены идентичные ему реакторы 33 11138 (II!) и 34 (IV), снабженные идентичными системами рециркуляции 35 и 36 с насосами 37 и 38, соответственно. Реактор 34 посредством трубы 39 соединен с отстойником 40, имеющим слив 41 донной части и отводной 5 трубопровод 42, снабженный насосом 43, предназначенным для подключения к системе потребления. Сливные линии 9, 13, 26 и 41 подключены к сборнику шламов 44, снабженному линией рециркуляции 45 с насосом 10 46. Выход колонны 14 соединен с реактором 34 трубопроводом 47. Установка работает следующим образом. Очищаемую воду непрерывно подают в 15 электрокоагулятор 1 корпуса 5. Вода, отделенная здесь в результате электрокоагуляции от осадка, попадает в тонкослойный отстойник 3, где разделяется на осветленную воду, осадок и пену. Пена улавливается 20 пеносборником 2, а вода подвергается затем электрофлотации во флотаторе 4, откуда осветленную поду насос 11 подает в фильтр 12. При работе в режиме фильтрации вентиль 13 закрыт, очищаемая вода проходит 25 сквозь стенки трубчатых фильтров через фильтрационные каналы, задерживающие твердые частицы, и попадает в слив 15. При забивании фильтрационных каналов давление внутри фильтра повышается, в результа- 30 те этого срабатывает клапан, чувствительный к давлению и открывающий .вентиль 13. В результате этого весь поток очищаемой жидкости свободно проходит через фильтр по касательной к устьям фильт- 35 рационных каналов в слив 13 и в шламосборник 44. При этом частицы, забившие фильтрационные каналы, уносятся потоком этой жидкости, каналы освобождаются, давление в фильтре падает, 40 запорный клапан закрывает вентиль 13, цикл фильтрации повторяется и т.д. Слив 15 направляет отфильтрованную воду в колонну 14 отдувки аммиака, снабженную плоскопараллельной насадкой, для противоточной 45 отдувки аммиака из воды, стекающей по насадке из верхней части колонны в нижнюю. Патрубок 20 осуществляет подачу воды из колонны 14 в реактор 18, куда насос 23 подает под отбойный зонт аэратора 21 по тру- 50 бе 22 воздух, который в виде массы пузырьков всплывает на поверхность и служит причиной образования пены Пену, которая при этом поднимается по патрубку 19, удаляют струей воздуха, нагнетаемого вен- 55 тилятором 17 в нижнюю часть колонны 14 тангенциально. Здесь воздух, нагнетаемый вентилятором 17, смешивается с воздухом, подаваемым аэратором 21, и поднимается по колонне 14 вверх вдоль поверхности ее 10 насадки. Вода, содержащая активный ил, образующийся в реакторе 18, поступает в отстойник 25, который отделяет воду от активного ила. Патоубок 27 подает воду самотеком в реактор 28 под отбойный зонт аэратора 29, куда насос 31 по трубопроводу 30 нагнетает воздух, который в виде массы пузырьков всплывает вдоль поверхности насадки 32 кверху. Аналогично работает реактор 33 (III). Из реактора 33 вода поступает в реактор 34 (IV), и туда же трубопроводом 47 подают часть воды от выхода колонны 14. Образующийся в результате этого поток воды поднимается в реакторе 34 - при отключенной циркуляционной системе 36, 38 вдоль поверхности насадки, покрытой биопленкой, и покидает реактор 34 через патрубок 39. Последний направляет очищенную воду в отстойник 40, откуда насос 43 подает ее по трубопроводу 42 в систему потребления, например, в систему навозоудаления фермы или для нужд коммунального хозяйства. Осадок удаляют через слив 41 в сборник шлама 44, куда поступают все остальные сливы и осадки через вентили 6, 7, 8, 9, 14 и 26. В зависимости от природы загрязнений и степени загрязненности воды могут быть задействованы все струйные аэраторы либо только часть их. Из сборника шлама 44 его содержимое периодически выгружается насосом 45 и поступает на дальнейшую переработку, например, в органические удобрения. Ниже приведены примеры конкретного осуществления заявляемого способа. П р и м е р 1. Подвергают очистке животноводческие стоки с исходным содержанием взвешенных веществ 40000 мг/л, ХПК 50000 мг/л, В П К - 20000 мг/л. После коагуляции, отстаивания флотации, фильтрации и отдувки аммиака содержание общего азота составило 2000 мг/л, ВПК 3500 мг/л. Насадка - дренажные пластиковые трубки диаметром 20 мм. 3 При потоке сточной воды 1,25 м /ч (или 3 30 м /сутки) расход воздуха составил 10,0 кг/ч при поверхности насадки 2200 м 2 /м 3 в реакторе II и 314 м 2 /м в реакторах III и IV, причем анаэробным в этом случае является реактор IV. Вода на выходе установки содержит взвешенных веществ 100 мг/л, ХПК 50 мг/л, ВПК 25 мг/л, общего азота 0-1 ыг/п. Аналогично примеру 1 заявляемая установка была использована для очистки сточных вод коммунальных и животноводческих хозяйств в разных режимах работы, и результаты представлены в таблицах 1 и 2. 11 12 11138 Как видно из таблицы 1, степень очистки, по сравнению с прототипом, повышена по таким показателям как ХПК, ВПК, а по содержанию азота доведена до 100%. 5 Данные таблицы 2 показывают, что оптимальное для заданных величин расхода воздуха и производительности установки значение удельной поверхности насадки обеспечивает, в отличие от прототипа, полное удаление азота из сточных вод. Возможность Кроме того, расширены пределы начальосуществления всего процесса очистки в ных концентраций загрязнений как в хозяйпредлагаемом устройстве без дополнительственно-бытовых (коммунальных), так и ного введения реактивов способствует упроживотноводческих вод. 10 щению способа очистки сточных вод. Таблица 1 Сопоставительные данные об эффективности очистки Компоненты Прототип Заявляемый способ Исходное Конечное содержа содержа- очистки, % содержа содержа- очистки, % ние, мг/л ние, мг/л ние, мг/л ние, мг/л 800* 5* 99,75* Степень Взвешенные веще Исходное Конечное Степень ства 982* 3 99,7 40000** 100** 99,4** ХПК 264* + 28* + 85 + 1000* 10 99,8* 395 37 90 50000** 50 98,9** 207 5,5 96 2000* 10 99,8* 20000* 25 99,5* ВПК Общий азот 24,0* + 0,45* + 98,1* + 400* 0 100* 68,0 1,25 98,3 4000** 1 99,9** коммунальные стоки **животноводческие стоки Таблица 2 Характеристика процессов нитрификации и денитрификации азота, мг/л Кол-во реакто- Расход угле Поверхность насадки, м*/м э Содержание Расход воздуИ Ш IV Производи Содержание рода содержа тельность, загрязнений щей воды, ров ха, кг/ч м 3 /ч после очист 3 м /ч ки, мг/л Животноводческие сточные воды 2000 10,0 2200 . 314 314 4 0,21 1,25** отс. 2000 10,0 2000 250 250 4 0.21 1,25 200* 200 1,5 ** * 62,48 3 0.021 1,25 отс. 200 1.5 56,5 3 0.021 1,25 20* Комуиалъные сточные воды*** достаточный азот ** соответствует 30 м /сутки ***при отключенном реакторе IV роль аиааробного выполняет реактор МІ. В этом случае его аэратор отключен 8CLU 11138 Упорядник Замовлення 4049 Техред М.Моргентал Коректор М. КерецнаїГ Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл м 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м, Ужгород, вул.Гагаріна, 101