СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
METHOD FOR TREATMENT OF WASTE WATER IN SOLID DOMESTIC WASTE LANDFILLS

Изобретение относится к способам очистки воды и может быть использовано для очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов.
6
Известен способ очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов (Патент Российской Федерации №2104962, МПК С02F 1/463, С02F 1/52, опубл. 20.02.1998), включающий усреднение сточных вод, их предварительную сорбционную очистку, последующее смешивание предварительно очищенных сточных вод с сорбентом, гальванокоагуляцию с электросепарацией, отделение тонкодисперсного осадка для предварительной сорбционной очистки и доочистку путем барботирования.
К недостаткам такого способа можно отнести сложную схему осуществления процесса гальванокоагуляции с электросепарацией и доочистки путем барботирования. Кроме того, такой способ характеризуется низкой эффективностью очистки сточных вод, а также существенным расходом дорогостоящего сорбента, т.к. основная доля загрязняющих веществ задерживается на сорбенте.
6
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод (Патент Российской Федерации №2099294, МПК С02F 9/00, С02F 1/32, опубл. 20.12.1997), включающий предварительную очистку, сорбционную очистку с использованием активной загрузки, ультрафиолетовую обработку и биологическую очистку с последующей доочисткой в биопрудах.
К недостаткам такого способа можно отнести то, что осуществление сорбционной очистки перед биологической приводит к повышенным нагрузкам и повышенному расходу сорбента при осуществлении сорбционной очистки, а также недостаточному использованию возможностей биологической очистки.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача создать такой способ очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов, который за счет усовершенствований путем введения новой совокупности действий и последовательности их выполнения позволяет обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки сточных вод при сокращении расхода сорбента.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов, включающем предварительную очистку, сорбционную очистку и биологическую очистку, согласно изобретению, сточные воды после предварительной очистки подвергают обеззараживанию ультразвуком, после обеззараживания ультразвуком сточные воды подают попеременно в, по меньшей мере, три аккумулирующих резервуара, в которых осуществляют их накопление и перемешивание, далее из аккумулирующих резервуаров сточные воды направляют на биологическую очистку с последующей сорбционной доочисткой. Подачу сточных вод после обеззараживания ультразвуком в аккумулирующие резервуары осуществляют циклически по схеме. В соответствии со схемой каждый цикл разделен на подциклы, которые включают равные по времени операции наполнения резервуара, отстаивания и отведения воды из резервуара. Согласно схеме во время отстаивания сточных вод в резервуаре осуществляют отбор проб воды и их анализ, на основании которого производят подготовку к отведению воды из резервуара на биологическую очистку. Кроме того, согласно схеме продолжительность каждой операции подцикла не меньше времени, которое необходимо для отбора проб воды, их анализа и подготовки к отведению воды. Также согласно схеме каждый подцикл отстает на одну операцию от предыдущего подцикла и опережает на одну операцию последующий подцикл.
В отдельных случаях осуществления заявляемый способ характеризуется тем, что перед биологической очисткой, в случае необходимости, в сточные воды добавляют биогенные добавки, дозу которых определяют по формуле:
б
мин.i
i
Д=C-C,
мин.i
3
где С - минимальная концентрация i-го биогенного вещества, которое должно содержаться в сточных водах, поступающих на биологическую очистку, мг/дм;
i
3
С - содержание i-го биогенного вещества, после предварительной очистки, мг/дм.
Обеззараживание сточных вод с помощью ультразвука обеспечивает уменьшение количества содержащихся в сточных водах бактерий, а также предотвращает загнивание сточных вод в аккумулирующих резервуарах, что в целом способствует повышению эффективности очистки сточных вод. При этом использование других методов обеззараживания является нецелесообразным. Так использование ультрафиолетового излучения для обеззараживания сточных вод эффективно только при высокой степени их прозрачности, которая после предварительной очистки (согласно изобретению) еще не может быть достигнута. Хлорирование обуславливает наличие в обеззараженных сточных водах остаточного хлора, что отрицательно сказывается на последующей биологической очистке. Озонирование отличается высокими экономическими затратами.
То обстоятельство, что предварительно очищенные и обеззараженные сточные воды из аккумулирующих резервуаров направляют сначала на биологическую очистку, а потом на сорбционную доочистку, например, в сорбционных фильтрах, способствует тому, что основная масса загрязнений удаляется при биологической очистке, которая является экономически более выгодной, чем сорбционная, а также обеспечивает снижение расхода дорогостоящих сорбентов при сохранении высокой эффективности очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов в целом.
Непрерывная подача предварительно очищенных сточных вод после ультразвукового обеззараживания попеременно в, по меньшей мере, три аккумулирующих резервуара, например, сначала в один до его наполнения, затем во второй до его заполнения и потом в третий до его заполнения, позволяет обеспечить накопление сточных вод и обеспечить постоянство расхода и состава сточных вод, непрерывно отводимых из резервуаров на биологическую очистку, например, из первого, затем из второго и потом из третьего, что повышает эффективность и биологической очистки, и очистки сточных вод в целом.
i
б
Накопление сточных вод в аккумулирующем резервуаре позволяет обеспечить усреднение концентрации загрязняющих веществ по всему объему сточных вод, поступивших за время наполнения резервуара, определить при отстаивании объем накопленных сточных вод, концентрацию биогенных веществ С в них, а также произвести подготовку как к отведению сточных вод на биологическую очистку с заданным расходом (произвести расчет расхода отводимой воды), так и к дозированию биогенных веществ дозой Д (произвести расчет дозы биогенных добавок для дозирования).
Перемешивание сточных вод в аккумулирующем резервуаре при их подаче способствует выравниванию концентраций загрязняющих веществ в объеме резервуара и образованию однородности сточных вод в резервуаре, т.е. обеспечивает постоянную концентрацию загрязнений в сточных водах, подаваемых на биологическую очистку, в течение продолжительного периода времени.
Осуществление подачи сточных вод после обеззараживания ультразвуком в аккумулирующие резервуары циклично по схеме, в соответствии с которой каждый цикл разделен на подциклы, каждый из которых включает равную по времени операции: операцию наполнения резервуара, операцию отстаивания и операцию отведения воды из резервуара, - а также цикличное осуществление подачи сточных вод в резервуары, при котором каждый подцикл отстает на одну операцию от предыдущего подцикла и опережает на одну операцию последующий подцикл, позволяет совместить по времени операцию наполнения резервуара во время одного подцикла с операцией отстаивания сточных вод в резевуаре во время предыдущего подцикла и с операцией отведения воды из резервуара во время последующего подцикла, обеспечивая непрерывную подачу предварительно очищенных и обезвреженных сточных вод на биологическую очистку с обеспечением постоянства расхода и поддержания заданного уровня концентрации биогенных веществ во время осуществления биологической очистки. Этому также способствует то, что во время отстаивания сточных вод в резервуаре осуществляют отбор проб воды, их анализ, на основании результатов которого производят подготовку к отведению воды из резервуара на биологическую очистку; а это, в свою очередь, обеспечивается тем, что продолжительность каждой операции подцикла не меньше времени, которое необходимо для отбора проб воды, их анализа и подготовки к отведению воды.
Проведение качественного и количественного анализа проб воды может занять несколько часов, что при отсутствии или даже при наличии аккумулирующих резервуаров в количестве, меньшем чем три, не позволяет оперативно обеспечить подготовку к отведению сточных вод и отрегулировать расход дозируемых биогенных добавок, необходимых для обеспечения повышения эффективности биологической очистки. Результаты анализа будут запаздывать на время, необходимое для проведения анализа, по отношению к моменту начала отведения на биологическую очистку того объема сточных вод, из которого отобрана проба для анализа. Наличие же трех аккумулирующих резервуаров позволяет осуществить подготовку к отведению воды из резервуара (настроить оборудование) без запаздывания и без временного прекращения отведения сточных вод на биологическую очистку, что обеспечивает необходимую обработку сточных вод для повышения эффективности биологической очистки и с целью сокращения расхода сорбента во время последующей сорбционной доочистки.
Добавление, в случае необходимости, биогенных добавок (дозу которых определяют по заявляемой формуле) в сточные воды после их пребывания в аккумулирующих резервуарах перед биологической очисткой обеспечивает поддержание на заданном уровне концентрации азота и фосфора во время осуществления биологической очистки.
В отдельных случаях осуществления заявляемого способа возможно использование всего двух аккумулирующих резервуаров, каждый из которых заполняется попеременно. В таком случае после заполнения первого резервуара подачу сточных вод в него прекращают и приступают к заполнению второго. С началом заполнения второго резервуара приступают к отбору проб воды из первого резервуара для качественного и количественного анализа, на основании результатов которого осуществляют подготовку к отведению из него воды. После этого приступают к отведению сточных вод из этого резервуара на биологическую очистку. При такой схеме подачу сточных вод на биологическую очистку в течение периода времени, необходимого для проведения анализа и для подготовки к отведению воды, не осуществляют, то есть такой процесс не является беспрерывным и определяется особенностями осуществления способа, в частности, местными условиями того объекта, на котором осуществляется реализация заявляемого способа.
Сущность заявляемого способа очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов иллюстрируется графическим материалом, на котором:
- фиг.1 - принципиальная схема реализации заявляемого способа;
- фиг.2 - график совместной работы аккумулирующих резервуаров.
Заявляемый способ включает подачу сточных вод с полигонов твердых бытовых отходов на предварительную очистку 1, после которой осуществляют их предварительное обеззараживание 2 ультразвуком. После этого предварительно очищенные и обезвреженные сточные воды подают попеременно в три аккумулирующих резервуара 3, 4 и 5, оборудованных, соответственно, задвижками 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11. При этом подачу сточных вод осуществляют циклично по такой схеме.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
2
4
1
2
3
Каждый цикл включает в себя три равных по времени подцикла. Первый подцикл включает операцию наполнения резервуара 3 длительностью t, операцию отстаивания сточных вод в резервуаре 3 длительностью t и операцию отведения сточных вод из резервуара 3 длительностью t. Второй подцикл включает операцию наполнения резервуара 4 длительностью t, операцию отстаивания сточных вод в резервуаре 4 длительностью t и операцию отведения сточных вод из резервуара 4 длительностью t. Третий подцикл включает операцию наполнения резервуара 5 длительностью t, операцию отстаивания сточных вод в резервуаре 5 длительностью t и операцию отведения сточных вод из резервуара 5 длительностью t. Во время t осуществления операции отстаивания сточных вод в каждом из резервуаров 3, 4 и 5 в течение времени t осуществляют отбор проб воды с целью проведения ее качественного и количественного анализа и подготовки к отведению воды. Все операции устанавливают равными по времени (t=t=t).
4
Перед началом осуществления заявляемого способа определяют продолжительность операций подцикла, исходя из технологических основ процесса и условий эксплуатации, а также времени t, которое необходимо для отбора проб воды из резервуаров 3, 4 и 5, их качественного и количественного анализа и подготовки к отведению воды.
2
4
2
4
2
4
1
2
3
1
2
3
4
1
4
2
4
3
4
Во время t осуществления операции отстаивания сточных вод в каждом из резервуаров 3, 4 и 5 в течение времени t производят отбор проб воды с целью проведения ее качественного и количественного анализа и подготовки к отведению воды. На основании этого время t для осуществления операции отстаивания устанавливают не меньшим, чем время t, которое необходимо для отбора проб, их анализа и подготовки к отведению воды (t≥t). Кроме того, для обеспечения непрерывной подачи, отстаивания и отведения сточных вод цикл осуществляют так, что каждый подцикл отстает на одну операцию от предыдущего подцикла и опережает на одну операцию последующий подцикл. Возможность такого смещения обеспечивается тем, что все операции подцикла имеют равную продолжительность по времени (t=t=t), а следовательно, t=t=t≥t·(t≥t, t≥t, t≥t).
1
1
1
1
2
4
1
2
4
Сточные воды подают попеременно сначала в течение времени t в резервуар 3 до его наполнения, затем в течение времени t в резервуар 4 до его наполнения и потом в течение времени t в резервуар 5. При этом одновременно с операцией наполнения (продолжительностью t) резервуара 4 в резервуаре 3 осуществляют операцию отстаивания (продолжительностью t), во время которой в течение времени t осуществляют отбор проб воды, их качественный и количественный анализ и подготовку к отведению воды (t=t≥t).
1
2
4
3
1
2
3
4
Одновременно с операцией наполнения (продолжительностью t) резервуара 5 в резервуаре 4 осуществляют операцию отстаивания (продолжительностью t), во время которой в течение времени t осуществляют отбор проб воды, их качественный и количественный анализ и подготовку к отведению воды, а в резервуаре 3 на основании произведенной подготовки осуществляют операцию отведения (продолжительностью t) сточных вод на биологическую очистку 15 (t=t=t≥t).
3
1
По окончании операции отведения (продолжительностью t) воды из резервуара 3 вновь начинается операция его наполнения (продолжительностью t), и цикл повторяется.
Одновременно с подачей в аккумулирующие резервуары 3, 4 и 5 сточных вод осуществляют их перемешивание, например, с помощью перемешивающих устройств. Кроме того, в отдельных случаях осуществления заявляемого способа при отстаивании воды может также осуществляться ее перемешивание. Отведение сточных вод из резервуаров осуществляется группой насосов 12 с добавлением, в случае необходимости, биогенных добавок из баков 13 дозаторами 14.
3
Таким образом, предварительно очищенные и обезвреженные сточные воды при обеспечении в течение периода t постоянства расхода и при обеспечении подержания на заданном уровне биогенных веществ для активного ила подают на биологическую очистку 15, после которой осуществляют сорбционную доочистку 16, например, в сорбционных фильтрах.
В конкретном примере заявляемый способ очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов осуществляли так.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Сточные воды с полигона твердых бытовых отходов поступали на очистку неравномерно: их количество колебалось от максимального 6,5 м/ч до минимального 1,5 м/ч, при этом средний расход приняли равным 2,5 м/ч. При анализе таких сточных вод было выявлено, что среднее значение показателя биохимической потребности в кислороде (БПК), которая необходима для полного биохимического окисления загрязнений, содержащихся в сточных водах, составляет 2,64 мг/дм (максимальное - 5,20 мг/дм, минимальное - 1,65 мг/дм), среднее содержание фосфора - 2 мг/дм (максимальное - 3 мг/дм, минимальное - 0 мг/дм), среднее содержание азота - 5,2 мг/дм (максимальное - 6 мг/дм, минимальное - 2,5 мг/дм).
Сточные воды полигонов твердых бытовых отходов сначала подавали на предварительную очистку 1. После предварительной очистки 1 предварительно очищенные сточные воды направляли на обеззараживание 2 ультразвуком. После этого предварительно очищенные и обезвреженные сточные воды подавали попеременно в три аккумулирующих резервуара 3, 4 и 5, при этом подачу сточных вод осуществляли циклично по схеме.
Перед началом осуществления заявляемого способа определяли продолжительность операций подцикла. При этом каждый цикл разделяли на три равных по времени подцикла, а подциклы, в свою очередь, на операции.
1
Сначала предварительно очищенные и обезвреженные сточные воды подавали через открытую задвижку 6 в аккумулирующий резервуар 3, обеспечивая его наполнение в течение времени t и накопление в нем сточных вод за счет закрытой задвижки 7. При этом закрывали задвижки 8 и 9 резервуара 4, а также задвижки 10 и 11 резервуара 5.
1
После заполнения резервуара 3 закрывали задвижку 6 и открывали задвижку 8 для подачи предварительно очищенных и обезвреженных сточных вод в аккумулирующий резервуар 4, обеспечивая его наполнение в течение времени t и накопление в нем сточных вод за счет закрытой задвижки 9.
2
4
С прекращением подачи сточных вод в резервуар 3 в нем осуществляли отстаивание сточных вод в течение времени t и одновременно приступали к подаче сточных вод в резервуар 4, также одновременно в течение времени t производили отбор проб воды из резервуара 3 для анализа, проводили качественный и количественный анализ проб воды, определяли объем накопленной воды и на основании полученных результатов анализа осуществляли расчет расхода отводимой воды и, в случае необходимости, дозы биогенных добавок.
4
1
2
3
4
2
Ввиду того, что продолжительность каждой операции подцикла принимали не меньшей, чем время t(t=t=t≥t), необходимое для отбора проб, их анализа и подготовки к отведению воды, проведение качественного и количественного анализа оказывалось возможным в течение времени t отстаивания.
1
После заполнения резервуара 4 закрывали задвижку 8 и открывали задвижку 10 для подачи предварительно очищенных и обезвреженных сточных вод в аккумулирующий резервуар 5, обеспечивая его наполнение в течение времени t и накопление в нем сточных вод за счет закрытой задвижки 11.
2
2
4
2
1
В резервуаре 4 осуществляли отстаивание сточных вод в течение времени t. Во время t отстаивания за время t производили отбор проб воды из резервуара 4, их качественный и количественный анализ и на основании результатов анализа осуществляли подготовку к отведению воды, а именно, настройку работы группы насосов 12 для отведения сточных вод и дозирования биогенных добавок, например, из баков 13 с помощью дозаторов 14. Кроме того, одновременно с началом заполнения резервуара 5 осуществляли отведение сточных вод из резервуара 3 на биологическую очистку 15 с помощью группы насосов 12 с добавлением биогенных добавок в количестве, определенном на основании анализа проб воды, проведенного во время t отстаивания воды в резервуаре 3, т.е. во время t наполнения резервуара 4.
3
3
3
3
3
3
При отборе проб из резервуара 3 с помощью качественного анализа было установлено, что содержание аммонийного азота в сточных водах составляет 2,5 мг/дм на 100 мг/дм БПК, а фосфора - менее 1 мг/дм на 100 мг/дм БПК. Такого содержания аммонийного азота и фосфора недостаточно для эффективного протекания процесса биологической очистки. Поэтому перед подачей на биологическую очистку 15 в предварительно очищенные и обезвреженные сточные воды добавляли из баков 13 дозаторами 14 биогенные вещества с таким расчетом, чтобы довести концентрацию азота до 13 мг/дм, а фосфора до 26 мг/дм.
1
После заполнения резервуара 5 закрывали задвижку 10 и открывали задвижку 6 для подачи предварительно очищенных и обезвреженных сточных вод снова в аккумулирующий резервуар 3, обеспечивая его наполнение в течение времени t и накопление в нем сточных вод за счет закрытой задвижки 7.
1
3
Одновременно с прекращением наполнения резервуара 5 и началом нового заполнения резервуара 3 начинали отбор проб воды из резервуара 5 для анализа, проводили качественный и количественный анализ проб воды и определение объема воды, накопленной в резервуаре 5, и на основании полученных результатов определяли расход отводимой воды и, в случае необходимости, необходимую дозу биогенных добавок. Одновременно с наполнением (длительностью t) резервуара 3 в течение времени t осуществляли отведение сточных вод из резервуара 4 с помощью группы насосов 12 с добавлением биогенных веществ из баков 13 с помощью дозаторов 14 в количестве, определенном на основании анализа проб воды, проведенного во время предыдущего отстаивания воды в резервуаре 4.
Далее операции подцикла (наполнение, отстаивание и отведение) повторяли циклично.
4
3
Таким образом, на основании результатов проведенного в течение времени t качественного и количественного анализа сточных вод с помощью группы насосов 12 сточные воды отводили в течение времени t из аккумулирующих резервуаров 3, 4 и 5 на биологическую очистку 15. При подаче сточных вод на биологическую очистку 15 осуществляли, при необходимости, добавление в них биогенных добавок, которые подавали из баков 13 дозаторами 14. После осуществления биологической очистки 15 сточные воды направляли на сорбционную доочистку 16, например, в сорбционных фильтрах.
2
В процессе осуществления заявляемого способа в резервуарах 3, 4 и 5 во время (t) отстаивания происходило выпадение осадка. Этот осадок периодически удаляли на площадки для подсушивания, а затем на полигон для захоронения.
Таким образом, цикличная подача сточных вод по заявляемой схеме в три аккумулирующих резервуара позволила обеспечить непрерывную и равномерную подачу сточных вод на биологическую очистку и оперативно определять концентрацию БПК биогенных веществ с целью добавления в сточные воды, подаваемые на биологическую очистку, необходимого количества биогенных добавок.
Учитывая изложенное выше и с учетом раскрытой причинно-следственной связи между совокупностью признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом, можно утверждать, что задача, поставленная в основу создания способа очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов, решена полностью, так как использование изобретения позволяет обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки сточных вод при сокращении расхода сорбента.