ДЕНИТРИФИКАЦИОННАЯ ФЛОТОУСТАНОВКА
DENITRIFICATION FLOTATING PLANT

Изобретение относится к устройствам для флотационной очистки бытовых и производственных сточных вод и может быть использовано в технологии очистки названных стоков.
Известна флотоустановка, включающая флотоотстойник, сатуратор с редукционным клапаном, удерживающим давление водовоздушной смеси «до себя», циркуляционный насос и компрессор для создания давления.в напорном баке и растворения воздуха в воде. Во флотоотстойнике при сбросе давления из сточных вод выделяется растворенный в ней воздух в виде пузырьков. При этом к пузырькам прилипают тонкодисперсные гидрофобные или гидрофобизированные присадками гидрофильные частицы и в виде комплексов частица-пузырек всплывают, образуя пенный слой. Пенный слой удаляется специальным приспособлением с поверхности зеркала воды флотоотстойника, а очищенная жидкость отводится из зоны, находящейся ниже образования флотокомплексов частица-прузырек [1].
Использование известной флотоустановки не позволяет достигнуть эффективности очистки сточных вод от гидрофобных примесей выше 70…80%. Часть пузырьков воздуха следует за потоком очищаемой сточной жидкости и вместе с прилипшей к нему частицей загрязнения выносится из флотоотстойника.
Наиболее близким по технологическому решению, повышающему эффективность очистки сточных вод, является сооружение для биологической очистки сточных вод, реализующее деиитрификацию сточных вод и флотацию активного ила, раскрытое в полезной модели RU 9456 U1. 16/03/1999 (D1) [2].
В известном сооружении, включающем аэротенк - вытеснитель с флотатором в последнем коридоре аэротенка для выделения активного ила и возврата его в голову аэротенка, инертной насадкой для удерживания прикрепленных денитрифицирующих микроорганизмов после флотатора, флотация осуществляется исключительно за счет ввода в очищаемую сточную воду водовоздушной смеси от специального устройства, а денитрификации подвергаются окислы азота, полученные непосредственно в аэротенке - вытеснителе из загрязнений исходного стока.
Недостатками известного сооружения являются: высокая энергоемкость устройства для введения водовоздушной смеси во флотатор и затруднена денитрификация окисленных форм азота ввиду низкого содержания органических веществ в сточной воде в аэротенках-вытеснителях после флотаторов.
Задачи изобретения - снижение энергоемкости флотоустановки, упрощение ее эксплуатации, повышение эффективности денитрификации.
Поставленные задачи решаются тем, что денитрификационную флотоустановку, включающую флотоотстойник и накопитель флотопены, снабжают гидрофобной насадкой в виде капроновых или лавсановых волокнистых ершей, закрепленных в кассетах по всей площади поперечного сечения флотоотстойника, вертикально, с шагом, равным диаметру ершей, с высотой кассет не менее 1 м, впуск исходной сточной воды и коммуникации для ввода рециркуляционной очищенной воды располагают над кассетами с ершовой насадкой, ершовую насадку заселяют микроорганизмами - денитрификаторами и при отсутствии в потоке рециркуляционной очищенной воды или при наличии в ней по показаниям датчика содержания нитратов в воде, установленном на впускном трубопроводе рециркуляции очищенной воды, меньше критического, обеспечивающего устойчивый эффект флотации за счет микропузырьков газа азота, выделяющегося при биологической денитрификации, денитрификационную установку снабжают растворным баком концентрированного раствора нитратов и дозатором этого раствора, сообщенным с трубопроводом впуска рециркуляционного потока очищенной воды; под кассетами с ершовой насадкой устанавливают барботеры регенерации, сообщенные с системой воздухообеспечения через магнитный клапан, управляемый контроллером. Внутри флотоотстойника впускные сопла от ввода исходной сточной воды и рециркуляционного потока очищенной сточной воды располагают тангенциально обечайке корпуса флотоотстойника для создания вращательного движения всего объема жидкости внутри флотоотстойника и обеспечения срыва микропузырьков газа азота с клеток денитрификаторов и массообмена между микроорганизмами и очищаемой сточной водой.
Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений про флотоустановки для очистки бытовых и производственных сточных вод такой конструкции, какая предложена в формуле изобретения, что дает основание утверждать, что предлагаемая флотоустановка отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ приспособлений, которые используются в известных технических решениях, и в том числе в практике, показал на существенные признаки, отличающие предлагаемое решение.
Преимущества свидетельствуют о том, что задачи, которые решаются, выполнены на изобретательском уровне, поскольку они не вытекают очевидно из известных в данной области техники решений и поэтому отвечают критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемая денитрификационная флотоустановка для очистки бытовых и производственных сточных вод приведена на чертеже в виде технологической схемы.
Денитрификационная установка включает:
1. Флотоотетойник.
2. Обечайка цилиндрического корпуса флотоотстойника 1.
3. Накопитель флотопены.
4. Кассета для крепления насадки из ершей.
5. Капроновые или лавсановые волокнистые ерши.
6. Трубопровод подачи исходной сточной воды в флотоотстойник 1.
7. Сопло впуска исходной сточной воды в флотоотстойник 1.
8. Трубопровод рециркуляционной сточной воды.
9. Сопло впуска рециркуляционного потока очищенной сточной воды в флотоотстойник 1.
10. Барботеры регенерации ершовой насадки.
11. Трубопровод системы воздухообеспечения очистной станции.
12. Магнитный клапан.
13. Контроллер.
14. Датчик содержания нитратов в рециркуляционном потоке очищенной сточной воды.
15. Растворный бак концентрированного раствора соли нитрата.
16. Дозатор концентрированного раствора соли нитратов.
17. Насос с коммуникациями для подачи рециркуляционного потока очищенной сточной воды.
18. Приемная камера исходной сточной воды.
19. Трубопровод отвода очищенной сточной воды из флотоотстойника 1.
20. Пеноотводящая труба из флотоотстойника 1 в накопитель 3 флотопены.
Работает денитрификационная флотоустановка следующим образом.
Исходная сточная вода из приемной камеры 18 по трубопроводу 6 через сопло 7 впускается внутрь флотоотстойника 1 самотеком, но со скоростью впуска, обеспечивающей самоочищение трубопровода 6 впуска, так как нельзя допустить его засорение примесями сточной воды. Эта скорость соответствует примерно 1 м/с. Кинетическая энергия входящего внутрь флотоотстойника 1 потока исходной сточной воды способствует вращению жидкости внутри флотоотстойника и размыванию входящего потока исходной сточной воды по всему поперечному сечению флотоотстойника 1.
По трубопроводу 8 через сопло 9 внутрь флотоотстойника 1 с помощью насоса 17 с коммуникациями подается и поток рециркуляционной очищенной сточной воды. Этот поток также вводится тангенциально к обечайке 2 цилиндрического корпуса флотоотстойника 1, вплотную и в одном направлении с трубопроводом 6 и соплом 7 впуска исходной сточной воды. Поэтому эти два потока сточной воды гарантируют устойчивое вращение всей массы воды внутри флотоотстойника 1 по всей его высоте и в том числе в объеме, занимаемом кассетами 4 с капроновыми или лавсановыми волокнистыми ершами 5. Поскольку смешанный поток исходной и рециркуляционной сточной воды содержит нитраты, органические вещества и биогенные элементы, то при движении потока по спирали через ершовую насадку 5 в кассетах 4 к трубопроводу 19 отвода очищенной сточной воды из флотоотстойника 1 он контактирует с денитрифнцирующими микроорганизмами, удерживаемыми ершовой насадкой 5 внутри кассет 4. Микроорганизмы-денитрификаторы, являясь гетеротрофными бактериями, используют нитраты в качестве источника кислорода для окисления органических веществ сточной воды и своего прироста, выделяя из клетки микропузырьки газа азота.
Поскольку поверхность капроновых или лавсановых волокон ершей 5 гидрофобна, то она коалисцирует микропузырьки, но турбулентность вращающегося потока сточной воды в ершовой насадке не дает укрупняться микропузырысам до крупных пузырей газа. Пузырьки газа поднимаются под действием гравитационных сил вверх, подхватывая на своем пути гидрофобные или гидрофобизированные посредством синтетических поверхностно-активных веществ гидрофильные частицы и вещества. В зоне флотации работают физико-химические силы, приводящие к очистке сточных вод, удалению в пенный слой флотопены до 70-80% примесей сточных вод, преимущественно плохо растворимых в воде.
А внутри пространства, занимаемого во флотоотстойиике 1 кассетами 4 с ершовой насадкой 5, преобладают биологические процессы, приводящие к снижению количества растворенных в воде органических веществ и биогенных элементов. Если в сточной воде имеются белковые вещества (это характерно для стоков кожевенных заводов), то желательно в качестве нитратов использовать азотную кислоту, так как она снижает рН стоков приближает его величину к изоэлектрической точке рН 4,5, в которой белки имеют минимальный заряд и поэтому поддаются флотационному удалению в пенный слой с бульшим эффектом. Внутри ершовой насадки при денитрификации выделяется щелочь и рН стоков возрастает до исходной величины.
Если в очищенной сточной воде циркуляционного потока мало количество нитратов, то датчик 14 их содержания зафиксирует это и включит дозатор 16 подачи концентрированного раствора нитратов из растворного бака 15.
Один раз в сутки при минимальном притоке стоков из приемной камеры 18 производят по команде контроллера 13 отключение насоса 17 рециркуляции очищенной сточной воды, открывание магнитного клапана 12 и подачу по трубопроводу 17 воздуха из системы воздухообеспечения очистной станции в барботеры 10 регенерации ершовой насадки. Барботажем удаляется с ершей избыточная биомасса. Поскольку перед включением барботажа и регенерации ершей из флотоотстойника 1 призводится удаление по пеноотводящей трубе 20 пенного слоя в накопитель 3 флотопены, то при барботаже сточной воды под ершами происходит перемешивание всей воды во флотоотстойнике. После регенерации ершей включают подачу сточной воды от насоса 17 рециркуляции, внесение нитратов и пузырьки газов лоднимают в пенный слой к пеноотводящей трубе 20 и удаленную с ершей избыточную биомассу микроорганизмов-денитрификакторов, и загрязнения исходной сточной воды, поступившие во флотоотстойник 1 с новьми порциями сточной воды.
Высота слоя ершовой насадки назначена исходя из интенсивности процесса денитрификации нитратов автотрофными бактериями-денитрификаторами и их количества, удерживаемого ершами, и предполагаемого времени пребывания смеси исходной сточной воды и потока рециркуляционной очищенной воды в денитрификационной флотоустановке.
3
3
3
3
3
3
3
Нашими исследованиями ранее выявлено, что для концентрации  на уровне 1 г/м на выходе стоков из флотоустановки удельная скорость денитрификакции составляет 5…6 г /кг·час. При имеющейся концентрации биомассы прикрепленных на ершах микроорганизмов не менее 5…6 кг/м объема кассет для получения экспериментально выявленных необходимых 10 л/м газовых пузырьков нужно денитрифицировать 10 г /м смеси стоков, что потребует около 0,33 часа пребывания смеси стоков в зоне размещения ершовой насадки или около одного часа нахождения смеси стоков во флотоустановке и наличия в 1 м смеси стоков концентрации нитратов не менее 10 г /м или в потоке рециркуляционной очищенной сточной воды около 20 г /м. Поскольку такая концентрация нитратов в очищенной сточной воде недопустима для выпуска в поверхностный водоем, то дозирование дополнительного количества нитратов в большинстве случаев необходимо.
Выполнение поставленных в изобретении задач обеспечивают:
- существенное упрощение обслуживания денитрификационной флотоустановки достигается за счет исключения из нее компрессора, напорного бака сатуратора, редукционного клапана;
- снижение энергозатрат достигается за счет исключения процесса внесения в сточную воду воздуха, т.к. газовые пузырьки образуются как продукт жизнедеятельности микроорганизмов-денитрификаторов да еще и при обезвреживании нитратов, сброс которых с очищенной сточной водой ограничен;
- анализируя набор комплектующего оборудования, материалов и реагентов в прототипе и предлагаемом изобретении очевидно преимущество денитрификационной флотоустановки как по строительной стоимости, так и по эксплуатационным затратам, наряду с технологической эффективностью по очистке сточных вод.
Источники информации
1. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Химия, 1988, с.60-76.
2. Сооружение для биологической очистки сточных вод. Патент RU 9456 U1, опубликовано 16.03.1999 на сайте http//www.fips-ru/cdfi/fips.dll. Авторы: Мельников B.C., Калюжнов В.Г.