УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к оборудованию для комбинированной - физико-химической и биологической очистки промышленных и хозяйственно бытовых сточных вод с использованием мембранного биореактора (МБР) и может быть использована на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, пищевой промышленности, коммунального хозяйства, а также в иных отраслях, использующих и перерабатывающих водные ресурсы.
В настоящее время мембранные биореакторы рассматриваются как одно из перспективных направлений в технологии очистки сточных вод. МБР представляет собой комбинацию очистного сооружения с активным илом и мембранного блока (RU 75651, 2008; RU 2049077, 1995; RU 141341, 2014; ЕР 1484287, 2004; RU 2440307, 2012).. Мембранный блок, как правило, содержит одну или несколько кассет, каждая из которых состоит из 3-48 половолоконных мембранных модулей или до 200 плоских мембранных элементов. Половолоконная мембрана представляет собой полую нить наружным диаметром около 2 мм и длиной до 2 м. Плоский мембранный элемент представляет собой двустороннюю рамную конструкцию с размерами, как правило, до 500×1600×15 м. Поверхность нити и плоского элемента представляют собой, как правило, ультрафильтрационную мембрану с размером пор 0,03-0,1 мкм. При использовании МБР для очистки сточных вод, он, как правило, состоит из одной или нескольких параллельно работающих линий. Процесс происходит следующим образом: Сточная вода поступает в анаэробно-аноксидную зону (зону денитрификации), где смешивается с биомассой активного ила и реагентами. В зоне денитрификации происходит восстановление окисленных форм азота (нитритов и нитратов) до молекулярного состояния. Процесс проходит в аноксидных условиях без доступа растворенного кислорода, в качестве восстановителя используется органическая часть загрязнений в присутствии микроорганизмов активного ила (http://hydropark.ru/equipment/membrane_bioreactor.htm; www.ecorus-sia.info/ru/ecopedia/membrane_bioreactor).
Известны модифицированные конструкции МБР для применения в установках биологической очистки сточных вод. Так, известна разработанная ранее автором установка (RU 141341, 2014), содержащая последовательно связанные блоки денитрификации, нитрификации, мембранной очистки и дегазации активного ила под вакуумом на основе установки «Аэроклин».
Недостатком установки является большое количество входящих в нее элементов, что затрудняет поддержание оптимального режима обработки воды, а также ее высокая себестоимость.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является установка для биологической очистки сточных вод, состоящая из биореактора ULTRA-FOR 1, оснащенного трубопроводами подачи очищаемой воды и отвода из него очищенной воды, а также системой аэрации с погружным мембранным фильтром (см. DEGREMONT, Технический справочник по обработке воды, второе издание. Водоканал, Санкт-Петербург, 2007 г., т. 2. стр. 917).
Однако данная установка недостаточно эффективна особенно в случае загрязнения воды высокомолекулярными примесями, не позволяет удалять из сточных вод биогенные вещества (азот, фосфор) из-за негативного влияния кислорода на микроорганизмы активного ила и требует создания дополнительного узла для реагентной обработки воды, что влечет за собой образование вторичных отходов.
Технической задачей являлось создание более простой технологической установки на основе биореактора с активным илом, способной очищать воду от высокомолекулярных веществ.
Указанная задача решалась путем введения в анаэробную систему активных радикалов, способных повысить скорость дезинтеграции высокомолекулярных примесей и одновременно не оказывающих негативного воздействия на микроорганизмы активного ила.
Технический результат достигался созданием установки, в которой мембранный биореактор (МБР), содержащий размещенные в его корпусе блоки активного ила (БАИ) и блок обработанной воды (БОВ), разделенных между собой половолоконной мембраной, соединен с плазменным реактором (УПО) системой трубопроводов, выполненной с возможностью подачи воды из блока обработанной воды (БОВ) в плазменный реактор и затем с возможностью циркуляции из плазменного реактора в блок активного ила.
2
Особенностью установки является то, что в отличие от большинства систем обработки воды с использованием плазменного реактора (RU 2 601 461, 2016; RU 2186735, 2002; RU 2319670, 2008; RU 2226510,2004; US 8097166,2012; RU 2246450, 2005; RU 2475458, 2011) процесс обработки происходит в отсутствии кислорода, в результате чего на выходе из реактора получается не продукты окисления примесей, а продукты их распада на СО, воду, низкомолекулярные фрагменты, содержащие радикалы, что обеспечивает полноценную очистку микроорганизмами в БАИ.
Общая схема установки представлена на фиг. 1, где используются следующие обозначения:
1 - мембранный биореактор (МБР);
2 - блок активного ила (БАИ);
3 - блок обработанной воды (БОВ);
4 - мембрана (ПВМ);
5 - плазменный реактор (УПО);
6 - разбрызгивающее устройство (РУ);
7 - электроды;
8 - трубопровод подачи субстрата (ТИС);
9 - трубопровод подачи обработанной воды (ТПВ);
10 - трубопровод рецикла обработанной воды (ТРВ);
11 - трубопровод отвода очищенной воды (ТОВ).
Установка состоит из мембранного биореактора 1, в корпусе которого размещены блок активного ила 2 и блок обработанной воды 3, разделенные половолоконной мембраной с размером пор 0,02 мкм и плазменного реактора 5, внутри которого размещены распыляющее устройство 6 и электроды 7, создающие плазменный разряд. БОВ 3 связан трубопроводом подачи обработанной воды 9 с разбрызгивающим устройством 6 УПО 5, а БАИ связан с выходом обработанной воды УПО 5 трубопроводом рецикла обработанной воды 10. Кроме того, МБР 1 оборудован патрубками, связанными с трубопроводами для подачи сточных вод 8 и отвода обработанной воды 11.
Установка работает следующим образом. В БАИ 2 МБР 1 предварительно загружают активный ил с микроорганизмами, которые адаптированы для работы со сложными сточными водами, содержащими трудноокисляемую органику. Затем в БАИ 2 через ТПС 8 осуществляется подача сточных вод. Микрофлора иловой смеси начинает расщеплять трудноокисляемую органику сточных вод на легкоокисляемые фрагменты, которые вместе с водой через половолоконные ультрафильтрационные мембраны 4 поступают в БОВ 3 и далее по ТПВ 9 подаются в плазменный реактор 5.
2
2
2
2
В УПО 5 вода поступает через РУ 6 на электроды 7, где она подвергается воздействию высоковольтного коронного разряда, в результате чего происходит частичное разложение органической составляющей на СO и НО. При этом частично обработанная вода с остатками органических веществ после УПО 5, обогащенная радикалами снова подается в БАИ 2, где происходит процесс дальнейшего расщепления органических веществ, и при необходимости вновь поступает на плазменную обработку в УПО 5, где происходит их разложение до СО и НO. Сточные воды двигаются по системе очистки до тех пор, пока не будут получены требуемые показатели по содержанию органических веществ, после чего удаляется из установки по ТОВ 11.
Для каждого конкретного вида сточных вод производится отладка системы очистки таким образом, чтобы в систему входил 1 эквивалентный объем сточных вод и из системы выходил 1 эквивалентный объем очищенной воды. Т.е. система гидравлически уравновешивается.
Проведенные испытания показали, что установка перспективна, в частности для очистки сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические соединения, например, пестициды на основе хлорированных углеводородов или антибиотики цефалоспоринового ряда.
Сущность и преимущества заявляемого решения иллюстрируются следующими примерами:
Пример 1. Обработке подвергали водный раствор пестицида - 2,4-дихлорфе-нолуксусной кислоты в концентрации 1,5 ммоль/л, рН 4,6.
Плазменный реактор работал, генерируя импульсы высокого напряжения длиной 380 наносекунд, с частотой 800 pps.
-3
После двух циклов обработки остаточная концентрация пестицида в растворе составляет 0,2⋅10 ммоль/л, рН очищенного раствора 6,7.
Пример 2. Обработке подвергали водный раствор антибиотина бетаспорина в концентрации 1,0 ммоль/л, рН 8,7.
Плазменный реактор работал, генерируя импульсы высокого напряжения длиной 380 наносекунд, с частотой 1200 pps.
-3
После обработки остаточная концентрация антибиотика в растворе составляет 0,04⋅10 ммоль/л, рН очищенного раствора 7,3.
Полученные результаты показали, что использование заявляемого решения позволяет очищать сточные воды, содержащие трудноудаляемые органические вещества на 99% и более.