Спосіб і пристрій для біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва

Реферат: Винахід належить до способу і пристрою для біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва, які забруднені сполуками азоту, ціанідами, фенолами або сульфідами. Спосіб полягає в тому, що для видалення шкідливих речовин, які ускладнюють нітрифікацію, стічні води коксохімічного виробництва підводять разом з утримуючим біомасу масовим потоком до знезаражуючого реактора, який містить одну барботуючу зону й одну реакційну зону, підведену до знезаражуючого реактора живильну суміш збагачують у барботуючій зоні газоподібним окиснювачем, збагачений окиснювачем масовий потік підводять до реакційної зони, в якій ціаніди й інші шкідливі речовини, що ускладнюють нітрифікацію, біологічно розщеплюються. З реакційної зони відокремлюють масовий потік, який відводять назад у знезаражуючий реактор. Далі потік стічних вод зі знезаражуючого реактора розділяють за допомогою мембранної фільтрації на утримуючий біомасу потік, що зберігається, та очищений проникаючий потік. Від потоку, що зберігається, відокремлюють один частковий потік, що несе із собою надлишковий UA 113511 C2 (12) UA 113511 C2 шлам. Потік, що зберігається після відділення часткового потоку відводять назад у знезаражуючий реактор, а проникаючий потік очищають за допомогою нітрифікації з наступною денітрифікацією. Як біомасу, для експлуатації знезаражуючого реактора, використовують органічний шлам з комунальних установок, який адаптують до стічних вод коксохімічного виробництва. Час адаптації складає принаймні два тижні. Пристрій містить знезаражуючий реактор для видалення шкідливих речовин, які ускладнюють нітрифікацію, установку для мембранної фільтрації потоку стічних вод, попередньо очищеного в знезаражуючому реакторі, та установку нітрифікації й денітрифікації, виникаючого при мембранній фільтрації потоку, що зберігається. UA 113511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки, до якої належить винахід Винахід належить до способу біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва, які забруднені сполуками азоту, ціанідами, фенолами й сульфідами, а також до установки для здійснення способу. Рівень техніки Внаслідок високої концентрації в них токсичних інгредієнтів, які ускладнюють нітрифікацію, стічні води коксохімічного виробництва зараховуються до особливо проблематичних промислових стічних вод. При обробці з використанням традиційних способів необхідні слабко навантажені біореактори й, отже, такі, що мають великий об'єм, виконані конструктивно як бетонні басейни. Чутливі біологічне процеси, наприклад, нітрифікація, постійно погіршуються ударними навантаженнями із критичними речовинами, наприклад, ціанідом і фенолом. За рахунок поділу обробки на перший біологічний каскад для розщеплення органічних сполук, гідролізу й денітрифікації, і на другий каскад нітрифікації, а також сполуки обох каскадів за допомогою рециркуляції нітрату зменшується потрібний об'єм біореакторів і чутливі автотрофні бактерії, що повільно ростуть, захищаються від ушкоджень ціанідом, фенолом і іншими інгібіторами. Незважаючи на це як необхідна займана площа, так і обсяг робіт по бетонуванню для цієї технологічної концепції є надзвичайно великими й, таким чином, вимагають надзвичайно високих витрат. Внаслідок часто обмеженого наявного в розпорядженні простору в коксохімічному виробництві описана обробка стічних вод не придатна для існуючих коксохімічних виробництв. З DE 103 18 736 А1 відомий спосіб очищення стічних вод коксохімічного виробництва, при якому стічні води, що підлягають очищенню, протікають через включений у контур циркуляції рідини реактор, який містить газопроникні мембранні шланги, через які із внутрішньої сторони проходить утримуючий кисень газ. На омиваній рідиною зовнішній стороні мембранних шлангів підтримується біоплівка, у якій здійснюється виборча нітрифікація сполук, що втримуються в стічних водах, утримуючих азот до виду нітратів, і одночасно в утримуючій малу кількість кисню зовнішній області біоплівки здійснюється денітрифікація нітратів до виду елементарного азоту. Спосіб не може бути здійснений на практиці. Виконання й підтримка певної біоплівки виявляються складними. Крім того, важко надати в розпорядження на поверхні мембран необхідні обмінні поверхні для нітрифікації й денітрифікації. В DE 198 42 332 А1 описаний спосіб біологічного очищення стічних вод, при якому використовується реактор, який містить одну барботуючу зону для введення газоподібного окиснювача в рідину,що підлягає очищенню, або для оптимального постачання біомаси субстратом, і одну реакційну зону для розщеплення забруднень. Суміш рідини приділяється з реакційної зони назад у барботуючу зону й у ній знову ж збагачується газом і субстратом. При цьому способі здійснюється точний поділ між барботуючою зоною, у якій газ уводиться в рідину й змішується з нею, і реакційною зоною, у якій відбувається біологічне розщеплення забруднень. Спосіб може використовуватися для біологічного очищення комунальних стічних вод. У випадку біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва зберігається проблема, що полягає в тому, що стічні води коксохімічного виробництва забруднені шкідливими речовинами, які ускладнюють нітрифікацію. Розкриття винаходу Завданням винаходу є створення способу біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва, який може бути реалізований у компактній установці і який може використовуватися в умовах обмеженого простору в існуючому коксохімічному виробництві. Це завдання вирішується ознаками п. 1 формули винаходу. Відповідно до винаходу в способі стічні води коксохімічного виробництва для видалення шкідливих речовин, які ускладнюють нітрифікацію, підводять разом з утримуючим біомасу масовим потоком до знезаражуючого реактора, який містить одну барботуючу зону й одну реакційну зону. Підведена до знезаражуючого реактора живильна суміш навантажується в барботуючій зоні газоподібним окиснювачем. Збагачений окиснювачем масовий потік підводять до реакційної зони, у якій здійснюється біологічне розщеплення ціанідів і інших ускладнюючих нітрифікацію шкідливих речовин. Масовий потік виводиться з реакційної зони й підводять до реактора. Далі, потік стічних вод зі знезаражуючого реактора за допомогою мембранної фільтрації розділяється на утримуючий біомасу затримуваний потік і очищений проникаючий потік. Із затримуваного потоку відводиться частковий потік, який несе із собою надлишковий шлам. Після відділення часткового потоку затримуваний потік відводиться назад у знезаражуючий реактор. На завершення затримуваний потік очищається за допомогою нітрифікації й наступної за нітрифікацією денітрифікації. 1 UA 113511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Знезаражуючий реактор підрозділений на одну барботуючу зону для введення газу в рідину або для оптимального постачання біомаси субстратом, і одну реакційну зону для розщеплення забруднень. Знезаражуючий реактор утворює перший каскад очищення, у якому розщеплюються шкідливі речовини, що ускладнюють денітрифікацію, так що від них уже можна більш не очікувати негативного впливу. Вміст як фенолу, так і ціаніду у відведеному від знезаражуючого реактора й підведеного до мембранної фільтрації потоці речовини може бути знижене до величини нижче порога концентрації, при якому ускладнюється нітрифікація. Може бути досягнуте майже повне розщеплення ціаніду, а також в основному повне розщеплення фенолу. Додатково вміст хімічно потребного кисню CSB знижується за допомогою біологічної обробки в знезаражуючому реакторі на 60-80 %. Органічні сполуки азоту розщеплюються, так що практично весь азот у процесі роботи знезаражуючого реактора присутній у вигляді азоту NH4. У якості біомаси для експлуатації знезаражуючого реактора може використовуватися органічний шлам з комунальних установок, який протягом багатотижневого часу адаптації адаптується до стічних вод коксохімічного виробництва. Відведені зі знезаражуючого реактора стічні води додатково очищаються за допомогою мембранної фільтрації. Мембранна фільтрація служить для осадження й концентрування біомаси. Переважно мембранна фільтрація складається з ультрафільтрації, причому використовуються модулі з мембранами, що переливаються рідиною. Швидкість переливання на мембранах може регулюватися за допомогою об'ємного потоку рідини, що направляється в контурі циркуляції. За допомогою керування припливом і відтоком вміст біомаси в затримуваному потоці, що безупинно відводиться, може бути встановлений на певній величині. Переважно затримуваний потік відводиться назад у знезаражуючий реактор зі вмістом біомаси від 10 до 30 г/л. Нітрифікація, а також наступна денітрифікація можуть здійснюватися за класичною технологією басейну з наступним вторинним відстоюванням. Відповідно до кращого виконання винаходу нітрифікація здійснюється в нітрифікаційному реакторі, який також містить одну барботуючую зону й одну реакційну зону, причому масовий потік з реакційної зони відводиться в барботуючу зону й у ній збагачується газоподібним окиснювачем, а також заданим проникаючим потоком. Наступний масовий потік підводять із реакційної зони нітрифікаційного реактора до відстійного басейну, який використовується як каскад денітрифікації. Несучий із собою біомасу масовий потік відводиться з каскаду денітрифікації назад у нітрифікаційний реактор. Далі біологічно очищений потік стічних вод відводиться від каскаду денітрифікації. Біологічно очищений потік стічних вод зазнає додаткового очищення переважно за допомогою мембранної фільтрації. При цьому потік стічних вод розділяється на утримуючий біомасу проникаючий потік, що зберігається, і очищений проникаючий потік. З потоку, що зберігається, відводиться один частковий потік, що несе із собою надлишковий шлам. Потік, що потім зберігається, після відділення часткового потоку відводиться назад у каскад денітрифікації. Наступна за денітрифікацією мембранна фільтрація функціонує переважно як ультрафільтрація, причому використовуються модулі з мембраною, що переливає рідину, й швидкість переливання на мембранах регулюється кількісним потоком рідини, що направляються в контурі. Реакційна зона й барботуюча зона як знезаражуючого реактора, так і нітрифікаційного реактора доцільним чином з'єднані за допомогою сопла, у якому рідина вводиться з лінії, що підводить, у барботуючу зону. При цьому за рахунок виробленого в соплі потоку захоплюється рідина з реакційної зони. Реактори експлуатуються таким чином, що здійснюється точний поділ між барботуючою зоною й реакційною зоною, у якій відбувається біологічне розщеплення забруднень. При цьому барботуюча зона й реакційна зона служать не тільки для перепускання рідини, але й, крім того, з'єднані між собою з;а допомогою зворотного зв'язку. Частина рідини постійно циркулює між барботуючою зоною й реакційною зоною, у той час як одночасно здійснюються підведення стічних води й біомаси й відвід очищеної води через випускну лінію. Із проникаючого потоку, який виникає при мембранній фільтрації за знезаражуючим ректором, може бути відгалужуватися частковий потік, який може підводити безпосередньо до каскаду денітрифікації. Цей частковий потік може використовуватися ь денітрифікації як джерело вуглеводню. Предметом винаходу також є установка за п. 10 для здійснення описаного способу. Установка містить знезаражуючий реактор для видалення шкідливих речовин, які ускладнюють нітрифікацію, установку для мембранної фільтрації попередньо очищеного в знезаражуючому реакторі потоку стічних вод, а також установку для біологічного очищення стічних вод, що утворюється при мембранній фільтрації проникаючого потоку за допомогою нітрифікації й 2 UA 113511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 денітрифікації. При цьому знезаражуючий реактор має описану раніше конструкцію й містить одну верхню реакційну зону, одну нижню реакційну зону, а також обладнання для відводу рідини з реакційної зони в барботуючу зону. Розташована за знезаражуючим реактором установка біологічного очищення стічних вод містить переважно один нітрифікаційний реактор, який також містить одну верхню реакційну зону, одну нижню реакційну зону й обладнання підведення для газоподібного окиснювача, а також обладнання для відводу рідини з реакційної зони в барботуючу зону. У реакційній зоні й барботуючій зоні знезаражуючого реактора й/або нітрифікаційного реактора доцільним чином розташоване відповідно по одній кільцевій трубі для вироблення циркуляції рідини. Між обома зонами розташоване сопло, у якому рідина з лінії відводу й стічні води коксохімічного виробництва або попередньо очищений потік стічних вод зі знезаражуючого реактора захоплюють рідину з верхньої кільцевої труби й транспортують її в барботуючу зону. За нітрифікаційним реактором може бути розташований функціонуючий як каскад денітрифікації відстійний басейн, причому утримуючий біомасу масовий потік може відводитись з відстійного басейну назад у нітрифікаційний реактор. Доцільним чином каскаду денітрифікації додана установка для мембранної фільтрації, що відводиться з відстійного басейну очищеного потоку стічних вод. Короткий опис креслень Креслення показує виключно один приклад виконання. Єдина фігура схематично показує установку для біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва, які забруднені сполуками азоту, ціанідами, фенолами й сульфітами. Здійснення винаходу Показана на Фіг. 1 установка містить знезаражуючий реактор 1 для видалення шкідливих речовин, які ускладнюють нітрифікацію, установку 2 для мембранної фільтрації попередньо очищеного в знезаражуючому реакторі 1 потоку стічних вод, а також установку 3 для біологічного очищення стічних вод, що утворюється при мембранній фільтрації потоку, що зберігається, Ρ за допомогою нітрифікації й денітрифікації. Знезаражуючий реактор 1 містить одну верхню реакційну зону 4, одну нижню барботуючу зону 5 з обладнанням б підведення газоподібного окиснювача, а також обладнання 7 для відводу рідини з реакційної зони 4 у барботуючу зону 5. У реакційній зоні 4 і барботуючій зоні 5 знезаражуючого реактора 1 розташоване відповідно по одній кільцевій трубі 8, 8 для вироблення циркуляції рідини. Далі, між обома зонами 4, 5 розташоване сопло 9, у якому рідина з лінії відводу й стічні води коксохімічного виробництва, що підлягають очищенню, захоплюють рідину з верхньої кільцевої труби 8 і транспортують її в барботуючу зону 5. Стічні води коксохімічного виробництва з метою видалення ціаніду, фенолу й інших можливих шкідливих речовин, які утрудняють нітрифікацію, підводять разом з утримуючим біомасу масовим потоком до знезаражуючого реактора 1. Підведена до знезаражуючого реактора 1 живильна суміш навантажується в барботуючій зоні 5 газоподібним окиснювачем. Збагачений окиснювачем масовий потік підводить до реакційної зони 4 знезаражуючого реактора 1, у якій здійснюється біологічне розщеплення ціанідів і інших шкідливих речовин, що ускладнюють нітрифікацію. З реакційний зони 4 виводиться масовий потік, який відводиться назад у знезаражуючий реактор 1. Далі, потік А стічних вод зі знезаражуючого реактора 1 розділяється за допомогою мембранної фільтрації на утримуючий біомасу потік, що зберігається, R і очищений проникаючий потік Р. З потоку, що зберігається, R виділяється частковий потік Т, який несе із собою надлишковий шлам. Після відділення цього часткового потоку Τ потік, що зберігається, R відводиться назад у знезаражуючий реактор 1. Проникаючий потік Ρ очищається за допомогою нітрифікації й наступної денітрифікації. Включена за знезаражуючим реактором 1 установка 3 біологічного очищення стічних вод містить нітрифікаційний реактор 10, який також містить одну верхню реакційну зону 4', одну нижню барботуючу зону 5' з обладнанням б підведення газоподібного окиснювача, а також обладнання 7' для відводу рідини з реакційної зони 4' у барботуючу зону 5'. З реакційної зони 4' масовий потік відводиться назад у барботуючу зону 5' і в ній збагачується газоподібним окиснювачем, а також присутнім проникаючим потоком Р. Наступний масовий потоку підводить із реакційної зони нітрифікаційного реактора до відстійного басейну 11, який функціонує як каскад денітрифікації. Несучий із собою біомасу масовий потік відводиться з каскаду денітрифікації назад у нітрифікаційний реактор 10. Потім біологічно очищений потік стічних вод відводиться з каскаду денітрифікації й підводить до розташованої за ним установці 2' мембранної фільтрації. За допомогою установки 2' мембранної фільтрації потік стічних вод розділяється на утримуючий біомасу потік, що зберігається, R' і очищений проникаючий потік Р'. З потоку, що зберігається, R' виділяється частковий потік Т', який несе із собою надлишковий 3 UA 113511 C2 5 10 шлам. Після відділення цього часткового потоку Τ' потік, що зберігається, R' відводиться назад у каскад денітрифікації. Із зображеної на Фіг. 1 схеми установки видне, , що з потоку, що зберігається, Р, який утворюється при мембранній фільтрації за знезаражуючим реактором 1, може відгалужуватися частковий потік Τ'', який може підводити безпосередньо до каскаду денітрифікації. Частковий потік Τ'' може використовуватися в денітрифікації як джерело вуглецю. Зображена на Фіг. 1 установка біологічного очищення стічних вод містить установку 2 мембранної фільтрації, яка включено після знезаражуючого реактора 1, а також наступну установку 2' мембранної фільтрації, яка додана відстійному басейну 11, який функціонує як каскад денітрифікації. Установка 2, 2' мембранної фільтрації діє переважно як установка ультрафільтрації, причому використовуються модулі з мембранами, що переливаються рідиною. Швидкість переливання на мембрані може регулюватися кількісним потоком рідини, що направляються в контурі циркуляції. За допомогою регулювання підведення й відводу можна впливати на концентрування, тобто зміст біомаси в потоці, що зберігається, R, R'. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва, забруднених сполуками азоту, ціанідами, фенолами й сульфідами, причому стічні води коксохімічного виробництва для видалення шкідливих речовин, які ускладнюють нітрифікацію, підводять разом з утримуючим біомасу масовим потоком до знезаражуючого реактора, який містить одну барботуючу зону й одну реакційну зону, причому підведену до знезаражуючого реактора живильну суміш навантажують у барботуючій зоні газоподібним окиснювачем і збагачений окиснювачем масовий потік підводять до реакційної зони, у якій біологічно розщеплюють ціаніди й інші шкідливі речовини, що ускладнюють нітрифікацію, при цьому з реакційної зони відокремлюють масовий потік, який відводять назад у знезаражуючий реактор, причому потік стічних вод зі знезаражуючого реактора за допомогою мембранної фільтрації розділяють на утримуючий біомасу потік, що зберігається, і очищений проникаючий потік, при цьому від потоку, що зберігається, відокремлюють один частковий потік, що несе із собою надлишковий шлам, й потік, що зберігається після відділення часткового потоку, відводять назад у знезаражуючий реактор, і причому проникаючий потік очищають за допомогою нітрифікації з наступною денітрифікацією, причому як біомасу для експлуатації знезаражуючого реактора використовують органічний шлам з комунальних установок, який протягом часу адаптації, що складає принаймні два тижні, адаптують до стічних вод коксохімічного виробництва. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що нітрифікацію здійснюють у нітрифікаційному реакторі, який містить одну барботуючу зону й одну реакційну зону, причому масовий потік відводять із реакційної зони в барботуючу зону й у ній збагачують газоподібним окиснювачем, а також проникаючим потоком, при цьому наступний масовий потік з реакційної зони нітрифікаційного реактора підводять до відстійного басейну, який функціонує як каскад денітрифікації, причому несучий із собою біомасу масовий потік з каскаду денітрифікації відводиться назад у нітрифікаційний реактор, і що біологічно очищений потік стічних вод виводиться з каскаду денітрифікації. 3. Спосіб за одним з п. 1 або 2, який відрізняється тим, що реакційну зону й барботуючу зону знезаражуючого реактора й/або нітрифікаційного реактора з'єднують за допомогою сопла, у якому рідину з лінії, що підводить, уводять у барботуючу зону, причому за рахунок виробленого в соплі потоку відбувається захоплювання рідини з реакційної зони. 4. Спосіб за п. 2 або 3, який відрізняється тим, що із проникаючого потоку, який утворюється при мембранній фільтрації за знезаражуючим реактором, відгалужують частковий потік, що підводиться безпосередньо до каскаду денітрифікації. 5. Спосіб за одним з пп. 2-4, який відрізняється тим, що потік стічних вод додатково очищають за допомогою мембранної фільтрації. 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що потік стічних вод розділяють на утримуючий біомасу потік, що зберігається, і очищений проникаючий потік, причому від потоку, що зберігається, відокремлюють частковий потік, який несе із собою надлишковий шлам, й потік, що зберігається після відділення часткового потоку, відводять назад у каскад денітрифікації. 7. Спосіб за одним з пп. 1-6, який відрізняється тим, що для мембранної фільтрації використовують модулі з мембранами, що переливаються рідиною, і швидкість переливання на 4 UA 113511 C2 5 10 15 20 25 30 мембранах регулюють за допомогою кількісного потоку рідини, що направляється в контур циркуляції. 8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що для мембранної фільтрації використовують мембрани для ультрафільтрації. 9. Установка для біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва за одним з пп. 1-8, оснащена знезаражуючим реактором (1) для видалення шкідливих речовин, які ускладнюють нітрифікацію, установкою (2) для мембранної фільтрації потоку (А) стічних вод, попередньо очищеного в знезаражуючому реакторі (1), і установкою (3) для біологічного очищення стічних вод виникаючого при мембранній фільтрації потоку, що зберігається (Р) за допомогою нітрифікації й денітрифікації, причому знезаражуючий реактор (1) містить одну верхню реакційну зону (4), одну нижню барботуючу зону (5) з обладнанням (6) підведення газоподібного окиснювача, а також обладнання (7) для відводу рідини з реакційної зони (4) у барботуючу зону (5), причому знезаражуючий реактор містить біологічний шлам з комунальних установок, який протягом часу адаптації, що складає принаймні два тижні, адаптують до стічних вод коксохімічного виробництва. 10. Установка за п. 9, яка відрізняється тим, що розташована за знезаражуючим реактором (1) установка (3) біологічного очищення стічних вод містить нітрифікаційний реактор (10), який містить одну верхню реакційну зону (4'), одну нижню барботуючу зону (5') з обладнанням (6') підведення газоподібного окиснювача й обладнання (7') для відводу рідини з реакційної зони (4') у барботуючу зону (5'). 11. Установка за п. 9 або 10, яка відрізняється тим, що в реакційній зоні (4, 4') і в барботуючій зоні (5, 5') знезаражуючого реактора (1) і/або нітрифікаційного реактора (10) розташовано відповідно по одній кільцевій трубі (8, 8') для вироблення циркуляції рідини, й між обома зонами (4, 5, 4', 5') розташоване сопло (9), у якому рідина з лінії відводу й стічні води коксохімічного виробництва або попередньо очищений потік (А) стічних вод зі знезаражуючого реактора (1) захоплюють рідину з верхньої кільцевої труби (8) і транспортують її в барботуючу зону (5, 5'). 12. Установка за п. 10 або 11, яка відрізняється тим, що за нітрифікаційним реактором (10) розташований функціонуючий як каскад денітрифікації відстійний басейн (11), причому утримуючий біомасу масовий потік відводять із відстійного басейну (11) назад у нітрифікаційний реактор (10). 13. Установка за п. 12, яка відрізняється тим, що за каскадом денітрифікації розташована установка (2') для мембранної фільтрації відведеного від відстійного басейну (11), очищеного потоку (А') стічних вод. 5 UA 113511 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6