СПОСОБ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
WASTE WATER AEROBIC BIOLOGICAL TREATMENT METHOD

Изобретение относится к области биологической обработки промышленных или бытовых сточных вод и может быть использовано для интенсификации процесса биологической очистки сточных вод.
Из уровня техники известен способ и устройство биологической очистки сточных вод путем перемешивания илового осадка за счет создания локальных циркуляции жидкости при барботаже через нее воздуха в виде укрупненных пузырей из аэратора-интенсификатора [заявка RU №2002122548, МПК C02F 3/12, опубл. 10.03.2004]. Недостатком способа является низкая эффективность биологической очистки и наличие значительных количеств избыточного активного ила, что создает производственные трудности с удалением ила из очистных сооружений.
Известен метод, связанный с биологическим воздействием на активный ил. К такому методу относится активизация активного ила за счет создания симбиоза микробных ассоциаций с целью формирования активного ила с усиленными физиологическими свойствами [Макаренко Э.Н., Касторной Н.И., Смолина Н.В. Использование симбиоза микробных ассоциаций для интенсификации биологической очистки. Материалы XXXII НТК профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2002 год. Ставрополь, СевКавГТУ, 2003 г.]. Метод обладает достаточной эффективностью, но требует индивидуального подхода в каждом конкретном случае.
Существуют методы интенсификации биологической очистки, основанные на применении ультразвука, что приводит к более глубокому окислению органических веществ и аммонийного азота, ускорению процесса нитрификации, улучшению седиментационных свойств активного ила [Применение ультразвука для интенсификации биологической очистки сточных вод. Водоснабжение и санитарная техника. - 1994, №7. - С.31. - ISSN 0321-4044], а также к насыщению сточной воды кислородом из атмосферы путем диспергирования его гидроакустическим излучателем [заявка RU №94026934, МПК C02F 3/02]. К недостаткам известного способа можно отнести большие затраты энергии, связанные с возбуждением ультразвуковых колебаний в обрабатываемой среде.
Известен способ аэробной биологической очистки сточных вод и установка для его осуществления [патент RU №2073648, МПК C02F 3/02, опубл. 20.02.1997], принятый за прототип, сущность которого заключается в физико-механической обработке избыточного активного ила для стимулирования процесса выделения микроорганизмами внеклеточных биополимеров. Часть обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а другую - со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник. Процессы перемешивания указанных суспензий ведут в условиях максимального использования биофлокулирующей способности обработанной иловой смеси путем подбора режимов перемешивания по времени, интенсивности и характера взаимодействия коагулирующих агентов с дисперсными твердыми и коллоидными частицами. Вид и режимы физико-механической обработки активного ила выбирают исходя из условия полного исчерпания белковых запасов клеток для обеспечения максимальной концентрации внеклеточных биополимеров в обрабатываемой среде. К недостаткам способа-прототипа можно отнести то, что обработке подвергается только объем избыточного активного ила. При этом происходит уничтожение микроорганизмов ила и обработанная часть активного ила изымается из процесса биологического окисления. Используются только биополимеры, ускоряющие процесс флокуляции загрязнений. Возвратный ил, подаваемый из вторичных отстойников в аэротенк и непосредственно принимающий участие в процессе биоокисления органических загрязнений, не подвергается обработке, следовательно, его метаболическая активность не изменяется.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности и качества процесса биологической очистки сточных вод.
Указанная техническая задача решается тем, что в способе аэробной биологической очистки сточных вод, включающем механическую обработку исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу возвратного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, физико-механическую обработку возвратного активного ила и отвод очищенной воды из очистных сооружений, согласно изобретению, физико-механическую обработку возвратного активного ила осуществляют путем ультразвукового воздействия в роторном аппарате с модуляцией потока перед подачей в аэротенк до получения флокул с размерами, обеспечивающими полную седиментацию активного ила, при этом одновременно с возвратным активным илом в роторный аппарат с модуляцией потока подают атмосферный воздух и производят диспергирование иловоздушной смеси и ее насыщение растворенным кислородом
При больших объемах возвратного активного ила обработке в роторном аппарате с модуляцией потока возможно подвергать часть от общего количества возвратного активного ила.
Обработка активного ила в роторном аппарате с модуляцией потока (РАМП) осуществляют с использованием таких режимов работы аппарата, при которых возникает ультразвуковое воздействие на возвратный активный ил.
Ультразвук, действуя на возвратный активный ил, повышает метаболическую активность микрофлоры, удельная скорость потребления кислорода возрастает, и происходит ускорение процесса биологического окисления органических загрязнений сточных вод. Механизм воздействия ультразвука на возвратный активный ил заключается в разрушении хлопьев активного ила и, при достаточной интенсивности ультразвука, частичном разрушении бактериальных клеток с высвобождением фермент-липидных структур и повышении их активности. Освобожденные фермент-липидные структуры позволяют сократить время регенерации возвратного активного ила в аэротенке.
Степень ультразвукового воздействия выбирают таким образом, чтобы не допустить деструкции микроорганизмов активного ила, осуществляя только диспергирование флокул активного ила до размера, обеспечивающего как полную седиментацию активного ила во вторичном отстойнике при имеющейся интенсивности процесса флокулообразования в аэротенке, так и наиболее полное биологическое окисление органических загрязнений флокулами активного ила.
РАМП позволяет регулировать степень акустического воздействия на хлопья активного ила. Это позволяет осуществлять такие режимы обработки, при которых происходит уменьшение размеров хлопьев активного ила без разрушения бактериальных клеток, что положительно сказывается на скорости потребления органических субстратов из сточных вод микроорганизмами ила за счет увеличения площади контактной поверхности флокул. Но так как технологический процесс очистки сточных вод требует предотвращения вымывания активного ила из системы очистных сооружений, то размеры флокул должны быть достаточными для того, чтобы обеспечить седиментацию ила во вторичных отстойниках за время, обусловленное конструкционными параметрами отстойников. Рассмотрим одиночную сферическую частицу ила, которая осаждается в отстойнике под действием силы тяжести.
Скорость осаждения сферической частицы ила радиусом D в стоксовом приближении:
1
2
где ρ и ρ - плотности частицы и жидкости соответственно, η - динамическая вязкость жидкости.
Время осаждения равно времени пребывания объема жидкости в отстойнике:
где V - объем отстойника; Q - объемная скорость потока жидкости в отстойник.
С другой стороны, время осаждения пропорционально глубине отстойника h:
Объединяя уравнения (2) и (3), с учетом (1), получаем формулу для расчета наименьшего допустимого размера частицы ила:
Подбирая режим работы РАМП таким образом, чтобы обеспечить диспергирование хлопьев активного ила до размеров R, ограниченных значением, определяемым по вышеуказанной формуле, можно обеспечить оптимальный ход технологического процесса биологической очистки. Размер флокул активного ила, получаемый по формуле (4), позволяет обеспечить успешную седиментацию флокул во вторичном отстойнике. Но при этом процесс биологического окисления может идти недостаточно эффективно. Для получения значений размеров флокул, обеспечивающих оптимальную скорость и качество биологического окисления органических загрязнений, используется разработанная ячеечная модель процесса биологического окисления флокулами активного ила. Режим обработки в РАМП выбирается таким образом, чтобы обеспечить размеров флокул как формуле (4), так и требованиям ячеечной модели.
Способ осуществляют следующим образом. Активный ил, осажденный во вторичном отстойнике, в дальнейшем именуемый возвратным активным илом, с помощью насоса подается по трубопроводу на вход аэротенка. В тракт трубопровода встраивается роторный аппарат с модуляцией потока для осуществления физико-механического воздействия на поток возвратного ила. Причем режим обработки в роторном аппарате с модуляцией потока выбирают исходя из условия получения флокул с размерами, обеспечивающими как полную седиментацию активного ила во вторичном отстойнике при имеющейся интенсивности процесса флокулообразования в аэротенке, так и наиболее полное биологическое окисление органических загрязнений флокулами активного ила.
Для насыщения иловой суспензии растворенным кислородом одновременно с возвратным активным илом в роторный аппарат с модуляцией потока подают атмосферный воздух и производят диспергирование иловоздушной смеси. Подача атмосферного воздуха в роторный аппарат может осуществляться как с помощью компрессора, так и без применения компрессора. Обработанный возвратный ил подается на вход аэротенка, где смешивается с поступающей сточной водой.
При больших объемах возвратного активного ила возможно проводить обработку части объема возвратного ила. Для этого роторный аппарат встраивают не в тракт трубопровода возвратного ила, а выполняется ответвление на трубопроводе с входным клапаном, позволяющим регулировать объем ила, подвергающегося обработке. В этом случае, обработанная часть возвратный ил смешивается с необработанной частью и также подается на вход аэротенка.
Изобретение обеспечивает повышение эффективности и качества биологической очистки сточных вод.