УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ КОММУНАЛЬНЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА И ФОСФОРА

Полезная модель относится к области биологической очистки коммунальных и близких к ним по составу сточных вод от соединений азота и фосфора, может быть использована при очистке стоков населенных пунктов и небольших производств.
Разнообразные схемы устройства блоков биологической очистки обусловлены, в первую очередь, различными требованиями к производительности, к качеству очищенной воды и уровню надежности работы сооружений по сезонам года в различных климатических условиях.
Известна «Установка для биологической очистки и удаления соединений азота и фосфора сточных вод» [1], содержащая цилиндроконическую песколовку и первичный отстойник, с которым совмещен денитрификатор с ершовой загрузкой, предназначенной для накопления в ней биомассы, которая очищает сточные воды от загрязнений, а также содержащая несколько биофильтров. Известен «Способ биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод» [2], включающий подачу сточной воды в аэротенк коридорного типа и обработку воды активным илом в анаэробной, аноксидной и аэробной зонах, отделение активного ила и его рециркуляцию. В анаэробной и аноксидной зонах на чередующихся плоских и гофрированных листах из стойкого полимерного материала иммобилизованы микроорганизмы и осуществляется перемешивание иловой смеси посредством аэраторов.
Общим недостатком установок и способов очистки с использованием носителей для развития иммобилизованной биомассы на их поверхности является неконтролируемый режим накопления биомассы на ершах и листах, приводящий к негативным явлениям: загниванию с разрастанием нитчатых и разветвленных форм микроорганизмов, в том числе плесневых грибов, как следствие - развитие в биопленке паразитов гельминтов. Избыточный ил из биопленки требует обязательного обеззараживания, что ведет к дополнительным затратам. В тех случаях, когда по условиям вывода фосфора в составе избыточного ила требуется соблюдать повышенное содержание полифосфатов в теле клеток, появляется необходимость в создании оптимальных параметров кислого брожения в анаэробных отсеках. Если имеется недостаток в наличии органического субстрата, применяют реагентное удаление фосфора - процесс коагулирования. Коагулянты добавляются непосредственно в биоблок. При вводе реагента в биоблок с постоянной и пропорциональной расходу ила дозой реакция происходит в условиях повышенного содержания фосфатов в иле.
Известна «Система очистки бытовых сточных вод и процессы очистки» [3], включающая стадии: добавления коагулянта в канализацию, получение пула предварительно обработанного осадка и первой надосадочной жидкости, введение его в анаэробный реактор ферментации с образование ферментационного бульона и второй надосадочной жидкости, затем в фосфоросборную установку для восстановления фосфатных удобрений, а также стадию биологической очистки первой и/или второй надосадочной жидкости.
Недостатком данной системы является ограниченное введение коагулянта на первом этапе очистки в сточные воды, не предусматривается возможность интенсивного смешения коагулянта со всем объемом стоков, что приводит к увеличению расхода коагулянта.
В качестве прототипа выбрана установка, используемая в способе биологический обработки для удаления азота и фосфора [4], в которой после первичного отстойника с помощью распределительного устройства направляет 0-30 % сточных вод в аноксидный резервуар, 70-100 % - в анаэробный резервуар, после чего 100 % сточных вод направляют во вторичный отстойник, а часть ила из вторичного отстойника возвращают в аноксидный резервуар.
Одним из недостатков данного способа является расположение аноксидного резервуара перед анаэробным, из-за чего ограничено поступление органического вещества с исходными сточными водами. Кроме того, при таком расположении аноксидного резервуара ограничена подача циркулирующего ила. По ходу прохождения сточных вод через данную систему происходит резкое снижение концентрации фосфатов в аэробном резервуаре. Дозирование коагулянта производится в аноксидный или аэробный резервуары. Поскольку реакция связывания коагулянта с фосфатами происходит только в аноксидном резервуаре, в аэробном резервуаре содержание фосфатов не высоко, поэтому большой эффективности очистки добиться сложно. В аноксидном резервуаре происходит неполное смешивание коагулянта и сточных вод, так как не предусмотрена возможность интенсивного смешения коагулянта со всем потоком жидкости в резервуаре, что приводит к увеличению расхода коагулянта и снижению эффективности при удалении фосфора.
Технической задачей предлагаемой установки для биологической очистки коммунальных сточных вод от соединений азота и фосфора является повышение эффективности очистки сточных вод от азота и фосфора.
Поставленная задача решается за счет того, что в заявленной установке, содержащей первичный и вторичный отстойники, анаэробный, аноксидный и аэробный резервуары, бак коагулянта, сгуститель ила и блок обезвоживания, оборудованные входными и выходными патрубками и соединительными трубопроводами, в отличие от прототипа, упомянутые емкости соединены трубопроводами сточных вод в следующей строгой последовательности: первичный отстойник-ферментатор 1, анаэробный резервуар 2, аноксидный резервуар 3, аэробный резервуар 4, вторичный отстойник 5, причем вторичный отстойник 5 имеет верхнюю зону отстаивания активного ила и нижнюю зону уплотнения избыточного ила, оборудован патрубком вывода циркулирующего активного ила, патрубком вывода уплотненного избыточного ила и патрубком вывода осветленной воды, при этом упомянутая зона отстаивания вторичного отстойника 5 посредством трубопровода циркулирующего активного ила соединена с анаэробным резервуаром 2 и аноксидным резервуаром 3, упомянутый трубопровод циркулирующего активного ила в начальной своей части соединен с баком раствора коагулянта 6, упомянутая зона уплотнения вторичного отстойника 5 соединена трубопроводом избыточного ила с входным патрубком сгустителя ила 7, из которого густой избыточный ил имеет возможность по трубопроводу избыточного ила перемещаться в блок обезвоживания 8, а иловая жидкость имеет возможность по трубопроводу иловой жидкости поступать в аноксидный резервуар 3 для повторной обработки, при этом обезвоженный ил из блока обезвоживания 8 выводится из установки, а образующийся фугат подается в анаэробный резервуар 2 для повторной обработки.
Первичный отстойник-ферментатор 1 может быть оборудован патрубком вывода осадка, соединенного с блоком обезвоживания 8, что позволяет работать с концентрированными потоками.
Общими с прототипом признаками являются: наличие первичного и вторичного отстойников, наличие соединенных между собой трубопроводами аноксидного, анаэробного и аэробного резервуаров, в которые вводят активный ил, наличие трубопровода циркулирующего ила. Коагулянт, как и в заявленной установке, добавляют в аноксидный или в анаэробный резервуары.
Существенные отличительные признаки:
применение строгой последовательности анаэробного, аноксидного, аэробного резервуаров, соединенных между собой трубопроводами и снабжающих вторичный отстойник-сепаратор, с размещением аэробного резервуара на конечной стадии биообработки.
оборудование вторичного отстойника, который имеет зону отстаивания жидкости и зону уплотнения избыточного ила, трубопроводом циркуляции активного ила через анаэробный и аноксидный резервуары, что позволяет осуществить неоднократную биологическую очистку жидкости;
наличие сгустителя избыточного ила на финишном этапе биологической очистки со сбросом иловой жидкости на дополнительную обработку в аноксидный резервуар.
Принцип работы и сущность устройства иллюстрирует прилагаемая схема (фиг. 1).
Цифрами на схеме обозначены:
(1) первичный отстойник-ферментатор
(2) резервуар анаэробный
(3) резервуар аноксидный
(4) резервуар аэробный
(5) вторичный отстойник-сепаратор
(6) бак раствора коагулянта
(7) сгуститель избыточного ила
(8) блок обезвоживания
Как видно на схеме, биореакторы образуют проточную систему расчетной производительности, после которой стоки направляют на сепарацию. Бак раствора коагулянта соединен с трубопроводом циркулирующего ила, возвращающего часть ила из отстойника-сепаратора 7 в анаэробный и аноксидный резервуары, причем коагулянт подается в начальной части трубопровода, что обеспечивает активное перемешивание в потоке до попадания его в анаэробный и аноксидный резервуары; патрубок выгрузки избыточного ила вторичного отстойника-сепаратора 5 посредством трубопровода соединен со сгустителем избыточного ила 7; сгуститель избыточного ила 7 оборудован патрубком выгрузки избыточного ила, который соединен с блоком обезвоживания избыточного ила 8; патрубок иловой жидкости сгустителя 7 соединен с аноксидным резервуаром 3, патрубок фугата (образующегося жидкого компонента) блока обезвоживания 8 соединен с анаэробным резервуаром 2.
Пример работы установки:
Установка для биологического удаления азота и фосфора включает три основных элемента: анаэробный блок 2 обработки смеси сточных вод и ила для процесса дефосфатирования; аноксидный блок 3 для денитрификации; оксидный (аэробный) блок 4 для проведения нитрификации. Дефосфатирование достигается преимущественно использованием фосфораккумулирующих (PAOs) бактерий, денитрификация - микроорганизмами, способными использовать окислы азота в качестве источника жизнедеятельности при отсутствии кислорода или низкой его концентрации. Нитрификация протекает как двухстадийный процесс, осуществляемый группами бактерий–хемоавтотрофов. Нитрификаторы окисляют аммонийный азот до нитритов, а затем до нитратов.
Исходные сточные воды поступают в отстойник-ферментатор (1), где происходит осаждение взвешенных веществ и ферментация органических загрязнений с образованием летучих жирных кислот. Далее сточные воды последовательно проходят очистку в анаэробном (2), аноксидном (3) и аэробном (4) резервуарах. Вторичный отстойник 5 служит для сепарации стоков на циркулирующий ил, избыточный ил и осветленную жидкость. Циркулирующий ил направляется на дополнительную очистку от нитратов и фосфатов. Осветленная жидкость выводится из установки и может быть направлена на сооружение доочистки (биореакторы, биофильтры, поля фильтрации и т.п.). Насыщенный органическими веществами фугат из блока обезвоживания осадка (8) также поступает в анаэробный резервуар (2), где происходит дальнейшая ферментация органических веществ с образованием летучих жирных кислот, которые служат дополнительным источником легко окисляемой органики для повышения интенсивности процессов денитрификации. В аноксидном резервуаре (3) осуществляются биологические процессы восстановления нитратов до молекулярного азота. Источником нитратов служит поступающий из вторичного отстойника (5) циркулирующий активный ил, который смешивается с коагулянтом, поступающим из бака раствора коагулянта (6), и иловая жидкость, поступающая из сгустителя избыточного ила (7). В аэробном резервуаре (4) осуществляется аэрация, органические вещества и соединения азота окисляются микроорганизмами до углекислого газа и нитратов.
Из зоны уплотнителя активного ила вторичного отстойника (5) иловые воды и циркулирующий ил направляется в аноксидный (3) и анаэробный (2) резервуары. Лимитирующим фактором процесса очистки сточных вод от фосфора является низкая концентрация фосфатов, взаимодействующих с коагулянтами. В анаэробных условиях происходит увеличение концентрации фосфатов, поэтому наибольшая концентрация фосфатов образуется в циркулирующем иле, а именно, в иловой смеси в анаэробном (2) и аноксидном (3) резервуарах, поэтому аэробный резервуар (4) целесообразно разместить после аноксидного резервуара. Фосфаты связываются, например, катионами Fe+3 и Al+3 в малорастворимые комплексы FePO4 и AlPO4, подача коагулянта из бака (6) в циркулирующий ил способствует химической реакции фосфатов с коагулянтом, что позволяет экономить коагулянт и повысить эффективность очистки сточных вод. Нерастворимые соединения фосфора через вторичный отстойник (5) выводятся из системы биологической очистки вместе с избыточным илом, который попадает в сгуститель (7). Сгущенный активный ил направляется на обезвоживание (8). Сюда же добавляется осадок отстойника-ферментатора (1). Обезвоженный осадок выгружают из установки и утилизируют, а очищенная от соединений азота и фосфора жидкость может быть сброшена в систему водосбора.
Технический результат полезной модели - повышение эффективности очистки коммунальных сточных вод от азота и фосфора.
Использованные источники:
1. RU 58529 U1; МПК C02F3/02; опубл. 27.11.2006;
2. RU 2294899 C1; МПК C02F3/00, C02F101/16, C02F101/30; опубл. 10.03.2007;
3. CN 108675548 A;  МПК C02F9/14, C02F101/10, C02F101/16, C02F101/30; опубл. 19.10.2019;
4. KR 20000039706 A; МПК C02F3/30; опубл. 05.07.2000.