УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области биотехнологии очистки производственных сточных вод, содержащих высокие концентрации органических загрязнений и может быть использована в установках для очистки концентрированных промышленных сточных вод, в частности, на предприятиях нефтехимической и химической промышленности.
Сточные воды производств химической и нефтехимической промышленности содержат сложный комплекс органических загрязнений: нефтепродукты, алифатические и ароматические углеводороды, кислородсодержащие ароматические соединения, фенолы и другие, многие из которых, попадая в сооружения биологической очистки, в результате своей токсичности оказывают губительное воздействие на микрофлору и фауну активного ила.
Вклад отдельных производств в загрязненность объединенных промышленных стоков нефтехимического и химического комплекса неодинаков. В то время как сточные воды одних производств содержат органические вещества в концентрациях до 1000 мг/л по ХПК, допустимых для сброса на биологические очистные сооружения (БОС), содержание органических загрязнений в других значительно превышает предельно допустимый для обработки на БОС уровень и составляет 10000 - 40000 мг/л по ХПК. Поступление на БОС сточных вод с высоким содержанием загрязнений вызывает отравление активного ила и снижает эффективность очистки в целом. Для устранения отрицательного воздействия на активный ил концентрированные сточные воды требуют предварительной очистки в локальных условиях до поступления в сооружения биологической очистки или уничтожения (например, путем сжигания). Возможна биологическая очистка концентрированных сточных вод, которую, как правило, осуществляют с использованием специализированного микробного сообщества, подобранного для задачи очистки. В
этом случае для эффективной очистки сточных вод важным является поддержание условий в биореакторе на уровне, оптимальном для жизнедеятельности используемых микроорганизмов, в частности, по температуре. Однако, особенностью биологической очистки концентрированных сточных вод является то, что она сопровождается образованием значительного количества тепла, в этом случае возникает необходимость в средствах поддержания температуры в биореакторе в достаточной узком интервале.
Известна установка для очистки концентрированных сточных вод, обеспечивающая в биореакторе в зависимости от задачи очистки мезофильные или термофильные условия [Патент США №7156985, МПК C02F 3/00, заявл. 16.04.2007, опубл. 02.01.2007]. Установка включает: а) биореактор, представляющий собой закрытый крышкой цилиндрический сосуд, разделенный на три цилиндрические секции: верхнюю, среднюю и нижнюю, снабженный первыми входными и выходными патрубками, размещенными в нижней цилиндрической секции, для поступающей загрязненной и удаляемой из биореактора жидкости, вторым выходным патрубком, размещенным в нижней части цилиндрической секции, третьим выходным патрубком, размещенным в верхней цилиндрической секции и множеством входных патрубков, размещенных в крышке; б) зону переноса тепла, размещенную внутри данного сосуда между третьим выходным патрубком и крышкой, включающую: 1) средства подвода воздуха внешней среды в зону переноса тепла, включающие коммуникации и вентилятор, 2) средства подведения жидкости биореактора к зоне переноса тепла, включающие коммуникации, связанные со вторым выходным патрубком для циркулирующего потока и насос, 3) средства распределения жидкости биореактора внутри зоны переноса тепла, включающие коммуникации с разбрызгивающими форсунками, 4) парофазный выходной патрубок, размещенный в крышке аппарата для удаления из биореактора отработанного воздуха; в) узел ультрафильтрации на мембранах твердых частиц от жидкости связанный с выходным патрубком биореактора, и с коммуникациями обеспечивающими возврат концентрированного потока
в биореактор и вывод фильтрата из установки в качестве очищенного потока. Кроме этого в состав установки входят средства поддержания pH, посредством которых в биореактор вводят кислоту или щелочь, средства внесения в биореактор биогенных добавок в виде водорастворимых удобрений, средства аэрации и перемешивания содержимого биореактора, посредством которых в реактор вводят воздух и рециркулируют его содержимое.
Недостатком известной установки является загрязнение атмосферного воздуха легколетучими, дурнопахнущими, вредными загрязнителями производственных сточных вод, поскольку температура содержимого биореактора поддерживается средствами прямого переноса тепла с отработанным воздухом во внешний воздух окружающей среды.
Наиболее близкой к предлагаемой установке является установка очистки производственных концентрированных сточных вод, содержащих летучие органические загрязнения [Свидетельство РФ на Полезную модель №7674, МПК C02F 9/00, заявл. 04.07.1997, опубл. 16.09.1998], включающая блок подготовки воды к биологической очистке, который состоит из последовательно расположенных по направлению движения обрабатываемой жидкости теплообменника, узла нейтрализации и узла подачи биогенных веществ, блок биологической очистки, включающий биореактор для наращивания специализированной биомассы, представляющий собой ферментер с трубопроводами для подачи нейтрализованной сточной воды с биогенными веществами, воздуха и отвода бактериальной суспензии в аэротенк, аэротенк, закрытый крышкой с отводом, при этом аэротенк содержит кольцевую перегородку, снабженную окнами для впуска жидкости, которая делит его внутреннее пространство на зону флотации и аэрации, в которой закреплена насадка с иммобилизующим материалом для микроорганизмов, и узел очистки воздушных выбросов, включающий биофильтр, соединенный с аэротенком.
Существенным недостатком известной установки является недостаточная эффективность биологической очистки концентрированных сточных вод.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание
установки для эффективной очистки концентрированных сточных вод, содержащих летучие органические загрязнения.
Поставленная задача решается тем, что установка очистки производственных концентрированных сточных вод, содержащих летучие органические загрязнения, включает блок подготовки воды к биологической очистке и блок биологической очистки, включающий биореактора, узел наращивания биомассы, узел очистки воздушных выбросов, и систему технологических трубопроводов подачи сточных вод и воздуха, при этом биореактора, представляют собой цилиндрические аппараты, содержащие кольцевую перегородку, снабженную окнами для впуска сточных вод и делящую биореактор на зону флотации и зону аэрации, в которой закреплена насадка с иммобилизующим материалом, а блок биологической очистки дополнительно содержит систему охлаждения, контроля и регулирования температуры содержимого биореакторов, включающую датчики температуры в зоне аэрации биореакторов, теплообменники на линии циркуляции биореакторов, датчики температуры, расходомеры и регулирующие клапаны на линии циркуляции после теплообменников.
Сущностью полезной модели является установка очистки производственных концентрированных сточных вод, содержащих летучие органические загрязнения, включающая блок подготовки воды к биологической очистке, который состоит из последовательно расположенных по направлению движения обрабатываемой жидкости теплообменника, узла нейтрализации и узла подачи биогенных веществ, блок биологической очистки, включающий узел наращивания специализированной биомассы, представляющий собой ферментер с трубопроводами для подачи нейтрализованной сточной воды с биогенными веществами, воздуха и отвода бактериальной суспензии в биореактора, представляющие собой закрытые крышкой цилиндрические аппараты с отводом, содержащие кольцевую перегородку, снабженную окнами для впуска сточных вод, которая делит его внутреннее пространство на зону флотации и аэрации, в которой закреплена насадка с иммобилизующим материалом
для микроорганизмов, при этом биореактора снабжены системой охлаждения, контроля и регулирования температуры содержимого биореакторов, включающей датчики температуры в зоне аэрации и теплообменником, установленным на линии циркуляции, а также датчиком температуры, расходомером и регулирующим клапаном на линии циркуляции после теплообменника, и узел очистки воздушных выбросов, включающий биофильтр, соединенный с биореактором.
Эффективная очистка концентрированных производственных сточных вод достигается за счет включения в установку новых дополнительнгых элементов: 1) системы охлаждения, контроля и регулирования температуры содержимого биореакторов, включающей датчики температуры в зоне аэрации биореакторов, теплообменники на линии циркуляции биореакторов, датчики температуры, расходомеры и регулирующие клапаны на линии циркуляции после теплообменников; 2) биореактора, представляющего собой цилиндрический аппарат, содержащий кольцевую перегородку, снабженную окнами для впуска жидкости, которая делит его внутреннее пространство на зону флотации и аэрации, в которой закреплена насадка с иммобилизующим материалом для микроорганизмов.
Такая установка позволяет осуществлять более глубокую очистку концентрированных сточных вод за счет поддержания температуры в биореакторах в оптимальной области для роста микроорганизмов и биодеградации загрязнений обрабатываемых на установке сточных вод.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая полезная модель отличается наличием:
- системы охлаждения, контроля и регулирования температуры содержимого биореакторов, включающей датчики температуры в зоне аэрации, теплообменника на линии циркуляции, снабженного датчиком температуры, расходомером и регулирующим клапаном на линии циркуляции после теплообменника,
- биореактора, представляющего собой цилиндрический аппарат, содержащий
кольцевую перегородку, снабженную окнами для впуска жидкости, которая делит его внутреннее пространство на зону флотации и аэрации, в которой закреплена насадка с иммобилизующим материалом для микроорганизмов.
Так как при сопоставлении существенных признаков полезной модели с таковыми прототипа, выявлено, что они являются новыми и не описаны в прототипе, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения по полезной модели критерию "новизна".
Техническое решение по заявляемой полезной модели представлено на рисунке.
Установка состоит из двух блоков: блока подготовки воды к биологической очистке - А и блока биологической очистки - Б, которые обвязаны системой трубопроводов. Блок подготовки воды к биологической очистке А производственных сточных вод состоит из теплообменника 1, узла нейтрализации 2 и узла подачи биогенных веществ 3. Блок биологической очистки Б включает узел наращивания биомассы 4, биореакторы 6 и 6′, каждый из которых представляет собой цилиндрический аппарат, который содержит кольцевую перегородку 7(7′), снабженную окнами 8(8′) для впуска иловой жидкости, делящую его на зону аэрации 9(9′) и зону флотации 10(10′), циркуляционные насосы 5 и 5(с подводящими трубопроводами, теплообменники 14 и 15 на линии циркуляции, датчики температуры 16, размещенные в зоне аэрации и на линии циркуляции после теплообменников, расходомеры 17 и регулирующие клапаны 18 на линии циркуляции после теплообменников. В зоне аэрации закреплена насадка 11(11′), выполненная в виде параллельно расположенных прутков, образующих решетку с жестким основанием, на которой натянут иммобилизующий материал в виде ершей из стекловолокна или синтетических материалов для микроорганизмов. Блок биологической очистки также содержит узел очистки воздушных выбросов, включающий биофильтры 12(12′) и вентиляторы 13(13′) с подводящими трубопроводами. Римскими цифрами на схеме указаны основные потоки: I - сточная вода,
поступающая на очистку; II- сточная вода после теплообменника, III - сточная вода после узла нейтрализации, IV - сточная вода после узла подачи биогенных веществ, V - сточная вода после узла наращивания биомассы, VI - сточная вода, полученная после смешения потоков IV и V, VII - сточная вода, полученная после смешения потока VI и с нагнетания насоса 5, VIII - сточная вода потока VII после теплообменника 14, IX - частично обработанная сточная вода из биореактора поз.6 на всас насоса 5, X - обработанная сточная вода из зоны флотации 10, XI - воздух в зоны флотации и аэрации биореакторов 6 и 6′ и на узел наращивания биомассы, XII - загрязненный воздух из биоректора 6 на биофильтр 12 для биологической очистки, XIII - воздух после биологической очистки первой ступени, XIV - избыточная влага после биофильтра в канализацию, XV - сточная вода, полученная после смешения потока X и нагнетания насоса 5′, XVI - сточная вода потока XV после теплообменника 15, XVII - обработанная сточная вода из биореактора 6′ на всас насоса 5′, XVIII - очищенная сточная вода из зоны флотации 10′, сбрасываемая в канализацию, XIX - загрязненный воздух из биореактора 6′ на биофильтр 13′ для биологической очистки, XX - воздух после биологической очистки второй ступени.
Предлагаемая полезная модель соответствует критерию "промышленная применимость", так как возможность осуществления полезной модели подтверждается описанием ее работы.
Производственная сточная вода I, загрязненность которой по ХПК до 30000 мг/л, содержащая в своем составе, % мас: пропаналь 0,04, ацетон 0,08, этанол 0,06, пропанол 0,15, метилбутеналь 0,04, бутанол 0,10, этоксипропанол 0,01, этилбензол 0,01, стирол 0,02, метилпентанол 0,01, пропиленгликоль 0,89, ацетофенон 0,02, метилфенилкарбинол 0,06, фенол 0,04, поступает в теплообменник 1, где ее температура доводится до 28-30°С, затем сточные воды поступают на всас насоса 5, предназначенного для циркуляции воды и биомассы в реакторе 6, на смешение со сточной водой, также на всас насоса 5 дозировочным насосом с узла нейтрализации 2 подается концентрированная
серная кислота в количестве, обеспечивающем pH сточной воды в аэротенке 6,5-8,0, дозировочными насосами с узла подачи биогенов 3 подается 5%-ный раствор суперфосфата и 25%-ный раствор аммиака. Часть сточной воды нейтрализованной и с биогенными веществами потоком IV (периодически, по мере необходимости) поступает на узел наращивания биомассы 4, основная часть сточной воды VI вместе с суспензией биомассы V подается на всас циркуляционного насоса 5, затем полностью или частично, в зависимости от показаний датчика температуры 16, установленного в зоне аэрации биореактора 6, поток поступает в нижний слой жидкости биореактора 6 через перфорированную трубу, или соответственно полностью или частично поток проходит через теплообменник 14, снабженный на линии выхода датчиком температуры 16, расходомером 17 и регулирующим клапаном 18, обеспечивая температуру в биореакторе 6 на уровне 28-30°С. В нижние части узла наращивания биомассы и биореакторов 6 и 6′ через распределительные кольца с насадками подают воздух. Для поддержания высокой дозы биомассы в биореакторах 6 и 6′ в зону аэрации 9, 9′ помещена насадка в виде параллельных прутков, образующих решетку с жестким основанием, на которую натянут иммобилизующий материал в виде ершей из стекловолокна или синтетических материалов. Разделение бактериальной суспензии на очищенную воду и биомассу происходит в зоне флотации 10 и 10′, расположенной в центре биореактора. Сточные воды с биомассой поступают в зону флотации 10 (10′) через окна 8 (8′) на кольцевой перегородке, а в нижнюю часть зоны флотации через трубу с насадками потоком XI подается воздух. Биомасса отделяется за счет флотации с пузырьками воздуха и путем перелива через верх кольцевой перегородки зоны флотации поступает в зону аэрации биореактора 6 и 6′. Обработанная и осветленная сточная вода содержащая в своем составе, % маc.: пропаналь 0,02, ацетон 0,04, пропанол 0,08, метилбутеналь 0,02, пропиленгликоль 0,4, ацетофенон 0,02, метилфенилкарбинол 0,03, фенол 0,03, выводится из нижней части зоны флотации 10 потоком X и подается в линию всаса насоса 5′, где смешивается с потоком XVII, поступающим из биореактора
6′, затем полностью или частично в зависимости от температуры в биореакторе 6′, измеряемой датчиками температуры 16, поток направляется в нижний слой жидкости биореактора 6′ через перфорированную трубу, или соответственно полностью или частично поток проходит через теплообменник 15, снабженный на линии выхода датчиком температуры 16, расходомером 17 и регулирующим клапаном 18, обеспечивая температуру в биореакторе 6′ на уровне 28-30°С.Очищенная и осветленная сточная вода из зоны флотации 10′, содержащая в своем составе, % мас.: пропаналь 0,01, ацетон 0,01, пропанол 0,02, метилбутеналь 0,01, пропиленгликоль 0,1, ацетофенон 0,01, метилфенилкарбинол 0,01, фенол 0,01, выводится из нижней части зоны флотации 10′ потоком XVIII и сбрасывается в канализацию для дальнейшей очистки на традиционных очистных сооружениях в смеси с другими промышленными и бытовыми сточными водами.
Отработанный воздух из биореактора 6, содержащий в своем составе этилбензол 0,250 мг/л, стирол 0,350 мг/л, ацетофенон 0,090 мг/л, метилфенилкарбинол 0,075 мг/л по трубопроводу потоком XII поступает на очистку в насыпной биофильтр 12 из природных материалов. В биофильтре 12 происходит процесс очистки и дезодорации воздушного выброса. В очищенном воздухе (поток XIII) после биофильтра содержание загрязнителей следующее: этилбензол 0,030 мг/л, стирол 0,085 мг/л. Отработанный воздух из биореактора 6′, содержащий в своем составе ацетофенон 0,030 мг/л, метилфенилкарбинол 0,025 мг/л по трубопроводу потоком XIX поступает на очистку в насыпной биофильтр 12′. В очищенном воздухе (поток XX) после биофильтра содержание загрязнителей следующее: ацетофенон 0,002 мг/л, метилфенилкарбинол 0,001 мг/л, что соответствует существующим нормам выброса.
Новые конструктивные особенности заявляемой полезной модели позволяют как повысить эффективность установки для очистки производственных концентрированных сточных вод, так и способствовать предотвращению попадания в окружающую среду летучих органических загрязнений.