СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF TREATING WASTE WATER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится способам очистки сточных вод, а именно к способам при которых проводят первичное отстаивание сточных вод для осаждения и вывода твердых веществ в зоне денитрификации, преденитрификацию для преобразования нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота в зоне денитрификации с периодическим перемешиванием отложившегося осадка, после чего производят доочистку сточных вод в биореакторе после которого стоки выводят как очищенные воды.
В данном описании используются следующие термины:
биологическая загрузка – материал-носитель, являющийся основой для формирования иммобилизованного биоценоза, являющегося частью контактного биореактора, в котором сточная вода фильтруется через биологическую загрузку, покрытую биологической пленкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов,
5
БПК - Биологическое потребление кислорода (БПК) — количество кислорода, израсходованное на аэробное биохимическое окисление под действием микроорганизмов и разложение нестойких органических соединений, содержащихся в исследуемой воде. БПК является одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема органическими веществами, он определяет количество легкоокисляющихся органических загрязняющих веществ в воде. При анализе определяется количество кислорода, ушедшее за установленное время (обычно 5 сут — БПК) без доступа света при 20°С на окисление загрязняющих веществ, содержащихся в единице объема воды. Вычисляется разница между концентрациями растворенного кислорода в пробе воды непосредственно после отбора и после инкубации пробы.
ХПК – Химическое потребление кислорода (ХПК) — показатель содержания органических веществ в воде, выражается в миллиграммах кислорода (или другого окислителя в пересчете на кислород), пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в литре (1 дм³) воды. Является одним из основных показателей степени загрязнения питьевых, природных и сточных вод органическими соединениями (в основном антропогенного или техногенного характера). Определяется различными лабораторными методами.
ФЦП (фактор цепи питания) – показывает сколько организмов участвуют в процессе переработки вещества.
Уровень техники
Из уровня техники известен способ очистки сточных вод, при котором проводят первичное отстаивание сточных вод для осаждения и вывода твердых веществ в зоне денитрификации, преденитрификацию для преобразования нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота в зоне денитрификации с периодическим перемешиванием отложившегося осадка, после чего производят доочистку сточных вод в биореакторе, после которого стоки выводят как очищенные воды, см. описание к патенту на изобретение № 2570546, опубл. 10.12.2015.
Данный способ является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбран за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком этого прототипа является невысокая степень переработки органических загрязнений в сточных водах, особенно сложных органических соединений. Другим недостатком является образование большого количества осадка. В целом все это не обеспечивает стабильное  качество очистки сточных вод.
Таким образом, проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является улучшение очистки сточных вод.
Раскрытие изобретения
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение главным образом имеет целью предложить способ очистки сточных вод, при котором проводят первичное отстаивание сточных вод для осаждения и вывода твердых веществ в зоне денитрификации, преденитрификацию для преобразования нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота в зоне денитрификации с периодическим перемешиванием отложившегося осадка, после чего производят доочистку сточных вод в биореакторе, после которого сточные воды выводят как очищенные воды, позволяющий, по меньшей мере, сгладить указанный выше недостаток, а именно обеспечить повышение степени переработки органических загрязнений в сточных водах, в том числе сложных органических соединений а также снижение образования осадка при одновременном обеспечении стабильности качества очистки сточных вод, что и является поставленной технический задачей.
Для достижения этой цели способ включает этапы, при которых:
· производят усреднение и разбавление сточных вод рециркулируемой внутри очистного сооружения водой в зоне усреднения и разбавления с периодическим перемешиванием отложившегося осадка, после чего производят
· производят очистку осветленных сточных вод активным илом с периодическим отключением аэрации, в процессе чего производят периодическое насыщение сточных вод кислородом или воздухом в зоне преаэрации,
· производят реагентную обработку сточных вод коагулянтом для реагентной дефосфотации и улучшения хлопьеобразования активного ила в зоне преаэрации, после чего
· производят вторичное отстаивание сточных вод для осаждения и вывода твердых веществ и вынесенного из зоны преаэрации активного ила, после которого первую часть очищаемых вод подают на усреднение и разбавление сточных вод в зону усреднения и разбавления, а вторую часть очищаемых сточных вод
· подают на стадию очистки сточных вод иммобилизованным биоценозом, для чего проводят насыщение сточных вод кислородом или воздухом в зоне контрактного биореактора с иммобилизованным биоценозом (биопленками), после чего производят
· производят третичное отстаивание сточных вод для осаждения и вывода твердых веществ и открепившейся биомассы в зоне третичного отстаивания, после которого часть выводят как очищенные воды, а часть очищаемых сточных вод
· подают в зону стабилизатора-регенератора для регенерации и повышения минерализации и более глубокой нитрификации, для чего проводят насыщение сточных вод кислородом или воздухом без добавления внешнего питания, после которого очищаемые сточные воды подают на стадию преденитрификации в зону денитрификации для создания в этой зоне аноксидных условий необходимых для процесса денитрификации.
Благодаря данным неочевидным характеристикам появляется возможность снижения образования осадка за счет увеличения фактора питательной цепи при биологическом разложении загрязнений сточных вод, путем организации двухконтурной рециркуляции очищаемых сточных вод через зоны с различными условиями (аноксидные, аэробные, анаэробные).
Кроме того, появляется возможность одновременно обеспечить стабильность качества очистки сточных вод за счет усреднения и разбавления сточных вод после стадии преденитрификации и самобалансирования биологической ступени очистки под качественные и количественные изменения поступающих на очистку сточных вод.
Существует вариант предлагаемого способа, при котором разбавление сточных вод производят в диапазоне от двух до десяти раз. Благодаря данной неочевидной характеристике появляется возможность конкретного указания параметров разбавления. При разбавлении меньше двух раз полезный эффект становится незаметен, а при разбавлении более десяти раз замедляется общая скорость очистки сточных вод.
Существует также вариант предлагаемого способа, при котором перемешивание отложившегося осадка производят от одного до трех раз в час. Благодаря данной неочевидной характеристике появляется возможность указания оптимального для общего процесса очистки диапазона для перемешивания отложившегося осадка.
Существует еще один вариант предлагаемого способа, при котором очистку осветленных сточных вод активным илом производят  с отключением аэрации не более 15 мин в час. Благодаря данной неочевидной характеристике появляется возможность указания оптимального для общего процесса очистки времени  отключения аэрации.
Существует, кроме того, вариант предлагаемого способа, при котором проводят насыщение сточных вод кислородом или воздухом продолжительностью не менее 120 мин в зоне контрактного биореактора с иммобилизованным биоценозом. Благодаря данной неочевидной характеристике появляется возможность указания оптимального для общего процесса очистки времени насыщения сточных вод кислородом. При превышении данного времени замедляется общая скорость очистки сточных вод.
Существует и такой вариант предлагаемого способа, при котором в зоне стабилизатора-регенератора проводят насыщение сточных вод кислородом или воздухом продолжительностью не менее 30 мин без добавления внешнего питания. Благодаря данной неочевидной характеристике появляется возможность указания оптимального для общего процесса очистки насыщения сточных вод кислородом в зоне стабилизатора-регенератора.
Существует еще один вариант предлагаемого способа, при котором дополнительно производят обеззараживание сточных вод перед выведением уже очищенной воды. Благодаря данной неочевидной характеристике появляется возможность дополнительной очистки сточных вод за счет обеззараживания.
Существует, наконец, вариант предлагаемого способа, при котором дополнительно производят очистку сточных вод фильтрованием перед или после выведением уже очищенной воды или подачей на обеззараживание.
Благодаря данной неочевидной характеристике появляется возможность дополнительной очистки сточных вод за счет дополнительного фильтрования.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения не известна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения как устройства. Также совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения не следует явным образом из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень» для изобретения.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемую
фиг. 1, на которой изображены этапы способа очистки сточных вод согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Способ очистки сточных вод заключается в следующем.  Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения, имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.
Согласно фиг. 1 можно выделить этапы:
Этап 0. Первичное отстаивание сточных вод для осаждения и вывода твердых веществ в зоне денитрификации не менее 1 ч.
Этап 1. Преденитрификация для преобразования нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота в зоне денитрификации с периодическим, раз в 30 мин, перемешиванием отложившегося осадка,
Этап 2. Разбавление и усреднение от 2-х до 10-ти крат сточных вод рециркулируемой внутри очистного сооружения водой в зоне усреднения и разбавления с периодическим, раз в 30 мин, перемешиванием отложившегося осадка.
Этап 3. Преаэрация и реагентная обработка коагулянтом (реагентная дефосфатация),
Этап 4. Отстаивание и рецикл первого порядка на разбавление и усреднение,
Этап 5. ОБАС (аэробная биологическая стадия очистки на биопленках)
Этап 6. Отстаивание и рецикл второго порядка на стабилизацию и регенерацию с последующей денитрификацией,
Этап 7. Стабилизация и регенерация,
Этап 8. Обеззараживание (опционально, в зависимости от требований, на фиг. 1 не показано).
5
5
5
Основой предлагаемого способа очистки сточных вод является способность биопленок к саморегуляции и адаптации. Применяя международную систему классификации, способ относится к классу комбинированных методов очистки биопленками и активным илом, к так называемым IFAS процессам (integrated film activated sludge) - процесс очистки при помощи активного ила с интегрированной биопленкой. Однако в предлагаемом способе биопленка развивается на стадии, когда сточные воды уже прошли предварительную обработку активным илом. В процессе такой обработки эффективно "снимается" легко окисляемая органика, которая формирует показатель БПК. После этой фазы в сточной воде остается больше плохо окисляемой органики, которая формирует ХПК. Применяя многослойную загрузку, способ обеспечивает эффективный гидролиз в процессе которого наблюдается конверсия ХПК в БПК. Другими словами, трудноокисляемая органика расщепляется ферментами на более простые соединения, которые могут быть уже легко усвоены микроорганизмами. После такой обработки продукты расщепления частично потребляются самой биопленкой, а частично перемещаются в начало процесса на стадию стабилизации-регенерации с дальнейшей преденитрификацией, после чего то, что от них останется, попадает на стадию преаэрации, на которой БПК опять будет снято.
Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, убавлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности производить очистку сточных вод.
Промышленная применимость
Предлагаемый способ очистки сточных вод может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением произведены испытания опытного образца установки, реализующей способ очистки сточных вод, состоящей из камер для отстаивания, биоректора.
Испытания установки показали, что она обеспечивает возможность лучшей очистки сточных вод, так как основной технологической уникальной особенностью способа является несколькократное разбавление поступающего на очистку объема сточных вод после преденитрификации. В результате основная аэробная биологическая ступень очистки работает на низких концентрациях органических и неорганических загрязнений и получает следующие технологические преимущества по сравнению с традиционными методами очистки:
- демпфирование сильно волатильных нагрузок по загрязнениям на основную биологическую аэробную ступень (ОБАС) очистки;
- повышенную адаптивность биоценоза ОБАС;
- снижения риска токсического отравления биоценоза ОБАС.
Основные эксплуатационные преимущества предлагаемого способа заключаются в следующем:
- низкое образование осадка (до десяти раз по сравнению с процессом очистки основанном на активном иле);
- самобалансирование биологической ступени очистки под качественные и количественные изменения поступающих на очистку сточных вод;
- глубокая переработка органических загрязнений в сточных водах, в том числе сложных органических соединений.
Дополнительный положительный эффект от способа – искусственно увеличивается ФЦП (фактор цепи питания). Чем больше микроорганизмов участвуют в переработке вещества, тем выше ФЦП, тем глубже идет переработка загрязнителей, тем меньше остается осадка после работы очистных сооружений.
Для сравнения:
-  в обыкновенном аэротенке ФЦП редко достигает значения 1,2;
- в стандартных биофильтрах ФЦП достигает значения 2;
- для предлагаемого способа ФЦП оценивается на уровне 3,5.
Таким образом, за счет указанных выше признаков и достигается заявленный технический результат, а именно повышение степени переработки органических загрязнений в сточных водах, в том числе сложных органических соединений, в том числе снижение образования осадка за счет увеличения фактора цепи питания при биологическом разложении загрязнений сточных вод, путем организации двухконтурной рециркуляции очищаемых сточных вод, а так же обеспечение стабильности качества очистки сточных вод за счет усреднения и разбавления сточных вод после стадии преденитрификации и самобалансирования биологической ступени очистки под качественные и количественные изменения поступающих на очистку сточных вод.
Рекомендуется использовать предлагаемый способ очистки сточных вод на станциях глубокой биохимической и биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод для очистки стока от жилых комплексов, гостиниц, пансионатов, санаториев, комплексов жилых зданий, коттеджных поселков, микрорайонов, населенных пунктов и т. д.