СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER TREATMENT METHOD AND APPARATUS

Настоящее изобретение относится к области очистки воды.
Более точно, изобретение относится, главным образом, к способу, объединяющему быстродействующую биологическую обработку биологически очищенной воды, используя закрепленную биомассу и осветление с осаждением хлопьев.
Изобретение может использоваться для очистки воды, содержащей примеси любого типа, которые можно удалить биологической обработкой с помощью закрепленной биомассы, с последующим осветлением воды после биологической очистки, в частности, как описано ниже, без ограничения при равноценном использовании для подобных заявок:
- сточные воды, которые обрабатываются бактериальным слоем, в котором обрабатывающие бактерии закреплены на соответствующей опоре (ролики, пластиковые или минеральные покрытия) или на вращающихся опорах в воде (вращающиеся диски или барабаны, чтобы обеспечить кислород, необходимый для бактерий) с целью отделить лишний ил от биологически очищенной воды;
- сточные воды или вода для бытовых нужд, которые обрабатываются в биологическом реакторе с подвижным слоем, в котором бактерии, предназначенные для удаления загрязнений, особенно углеродных, аммиачных или азотнокислых соединений, закреплены на опорах малого размера, обычно от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, и имеют плотность, близкую к плотности воды, чтобы удалить лишний ил из биологически очищенной воды;
- сточные воды или вода, предназначенная для бытовых нужд, которая обрабатывается биофильтрацией на фильтрах, состыкованных с узлом большого диаметра, используемым для непрерывного удаления избыточной биологической массы и ила после фильтрации, в котором обрабатывающие бактерии (особенно для удаления углеродных, аммиачных или азотистых загрязнителей) закреплены на опоре фильтра, состоящей из шариков, цилиндров, бусинок или тому подобных элементов, чтобы удалить лишний ил из биологически очищенной воды.
В настоящее время вода, содержащая лишний ил, полученный в результате биологического процесса с закрепленной биомассой, функционирующей непрерывно в виде бактериального слоя или типа биологического реактора с подвижным слоем, обычно очищается в классическом вторичном аппарате для осветления, работающем со скоростью порядка одного метра в час (обычно приблизительно от 0.6 м/час до 2 м/час), вынуждая обеспечить большую площадь поверхности, чтобы достичь нужной степени осветления, необходимой после биологической очистки.
Используется методика, раскрытая во французской заявке FR 2719235, опубликованной 3 ноября 1995 года, в которой активирование ила связано с процессом осветления с выпадением хлопьев на частицах балластного песка для осветления воды у поверхности при скорости выпадении осадка до 6 м/час или выше.
Благодаря использованию методики осаждения балластных хлопьев эта методика, способная обеспечить осаждение в поверхностных областях, содержание которых уже снижено в 3-10 раз, имеет тот недостаток, что требует использования активного ила, как способа биологической очистки.
Активный ил имеет ряд недостатков.
Во-первых, активный ил требует, чтобы вся обрабатывающая бактериальная масса осветлялась во взвешенном состоянии в воде, вытекающей из бассейна активного ила, и чтобы большой объем осветленного ила возвращается в цикл, чтобы поддержать объем бактериальной массы, необходимый для очистки в бассейнах активного ила, что обычно означает, что необходимо осаждение с расходом, более чем в два раза превышающим расход обрабатываемой среды, принимая во внимание рециркуляцию ила в замкнутой системе обычно при расходе порядка расхода обрабатываемой среды, что делает необходимым создание больших установок для осаждения.
Во-вторых, требование осаждения активного ила заставляет ограничивать концентрацию активного ила в бассейне до величин порядка 3-6 г взвешенных твердых частиц (ВТЧ) на литр (даже в случае осветления с использованием балластных хлопьев, как описано в патенте FR 2719235, если только не предусмотрены очень высокие и экономически невыгодные нормы рециркуляции в замкнутой системе), что с учетом биологическую массы, необходимой для очистки конкретного потока от загрязнений, потребует сооружения бассейна большого объема по сравнению с необходимыми объемами, с закрепленной биомассой.
Наконец, большие концентрации твердого материала в воде, который должен быть осажден (3-6 грамм на ВТЧ/л), требуют использования больших доз реагента (часто больше чем 1 мг/л флоккулирующего полимера), при приблизительно двойном расходе из-за возврата ила в цикл в замкнутой системе, приводя к большим расходам реагента.
Главная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить эти проблемы, используя процесс очистки воды, отличающийся тем, что он последовательно включает, по меньшей мере, одну стадию биологической очистки закрепленной биомассой, удаляя, по меньшей мере, часть загрязнителя, содержавшегося в указанной воде, при этом биологически очищенный поток, полученный на выходе этой стадии, содержит меньше чем 2 г/л ВТЧ прежде, чем он поступит на следующую стадию очистки, и, по меньшей мере, одну стадию осаждения балластных хлопьев в котором:
-1
-1
биологически обработанный поток передается в зону смешивания, предпочтительно со скоростью от 10 с до 1000 с, в котором, по меньшей мере, один нерастворимый гранулированный материал более плотный, чем вода, вводится и удерживается во взвешенном состоянии и в котором, по меньшей мере, часть взвешенных твердых частиц агрегируется вокруг частиц указанного гранулированного материала,
поток, исходящий из указанной зоны смешивания, передается в зону осаждения, в которой осветленная вода отделяется от осажденного ила, смешанного с гранулированным материалом,
гранулированный материал извлекается из осажденного ила, и большая его часть перерабатывается в указанной зоне смешивания,
осажденный ил, отделенный от гранулированного материала, извлекается.
По сравнению с современным состоянием техники в области применения активного ила, изобретение предлагает компактную систему биологической очистки благодаря использованию больших концентраций биомассы, полученной в процессе ее закрепления на опоре, причем обрабатывается только расход, приблизительно равный расходу очищаемой среды (единственным отличием является рециркуляция в замкнутой системе, необходимая для периодической промывки биомассы) при вторичной декантации, потому что здесь нет необходимости в рециркуляции ила, при этом бактерии, необходимые для очистки, закреплены на своей опоре, которая снижает размер установки для осаждения на первый коэффициент уменьшения.
Согласно одному варианту изобретения, по меньшей мере, часть осажденного ила, отделенного от гранулированного материала, может быть также возвращена в зону смешивания.
Способ согласно изобретению может также использоваться для очистки при высоких «зеркальных» скоростях (обрабатывал поток, разделенный в зоне осаждения) при вторичной декантации между 15 м/час и более чем 100 м/час.
Способ согласно изобретению позволяет также уменьшить количество используемого флоккулирующего полимера из-за меньшего количества взвешенных твердых частиц, которые выпадают хлопьями (нужно обработать только избыточную биомассу, а именно концентрации меньше чем 2 г/л, как правило, даже меньше чем 1 г/л), и благодаря тому, что, в основном, обрабатывается только поток сырой воды (поскольку в изобретении не используется рециркуляция ила в замкнутой системе, которая удваивает расход обрабатываемой среды).
Предпочтительно, чтобы на указанной стадии биологической очистки закрепленной биомассой был бы выбран следующий из типов биологической очистки: бактериальные слои, «подвижный слой биологического реактора» (биологические реакторы с подвижным слоем), биофильтры, биологические диски.
Также предпочтительно, чтобы указанная биомасса была бы закреплена на опоре, выбранной из ряда следующих элементов: шарики, ролики, пластины, ленты, покрывало, кольца Рашига или тому подобные кольца, диски или барабаны, причем эта опора может быть неподвижной или подвижной или находиться во взвешенном состоянии в обрабатываемой воде.
Полезно, чтобы концентрация ВТЧ в биологически очищенном потоке, полученном на выходе первой стадии биологической очистки, была бы менее чем 1 г/л.
Также полезно, чтобы процесс согласно изобретению включал бы стадию, состоящую из ввода, по меньшей мере, одного флоккулирующего реагента в указанную зону смешивания.
Предпочтительно, чтобы процесс согласно изобретению также включал бы, по меньшей мере, одну стадию, состоящую из ввода, по меньшей мере, одного коагулирующего реагента. Этот коагулирующий реагент может быть введен на стороне входа указанного флоккулирующего реагента, в зоне смешивания или на стороне входа в зону смешивания и/или в любом контуре рециркуляции ила в замкнутой системе.
Этот коагулирующий реагент может быть в виде соли металла (например, в виде хлорного железа или сернокислого алюминия) или в виде органического коагулянта (такого как полидиаллилдиметил-аммоний хлорид).
Такой ввод минерального коагулирующего реагента, в частности хлорного железа, восстанавливает содержание очищенной воды с очень низким конечным содержанием остаточного фосфора, менее чем один миллиграмм на литр, не препятствуя росту биомассы, потому что фосфор удаляется после биологической очистки. Кроме того, часть ила может быть возвращена на стороне входа или в зоне смешивания, чтобы уменьшить содержание фосфора и оптимизировать использование введенного коагулирующего реагента, или возможно даже уменьшить его расход.
Также предпочтительно, чтобы время пребывания указанного биологически очищенного потока в указанной зоне смешивания составляло бы период от 1 до 10 минут, предпочтительно менее 3 минут.
Настоящее изобретение также относится к установке биологической очистки сточных вод, разработанной конкретно для выполнения описанного выше процесса, и отличающейся тем, что она включает:
- зону биологической очистки закрепленной биомассой, включающую, по меньшей мере, один реактор биологической очистки,
- зону смешивания, снабженную, по меньшей мере, одним биологически обработанным главным каналом подачи потока, образованным на выходе из указанной зоны биологической очистки, по меньшей мере, один вторичный канал подачи, связанный с источником гранулированного материала, нерастворимого в воде и более плотного, чем вода, и, по меньшей мере, одну система смешивания;
- зону осаждения поступающего потока, выходящего из указанной зоны смешивания, снабженную каналом отвода осветленного продукта и отводящим каналом для смешивания осажденного ила и гранулированного материала;
- зону приема гранулированного материала, сообщающуюся с входом указанного отводящего канала для смешивания осажденного ила и гранулированного материала, и сообщающуюся с выпускным отверстием указанного входного канала с вторичным гранулированным материалом и с дополнительным каналом для вывода ила.
Предпочтительно, чтобы указанная зона биологической очистки имела бы бактериальный слой, биологический реактор с подвижным слоем или биофильтр.
Также согласно одному варианту изобретения установка включает средство подачи, по меньшей мере, части ила, отделенного от гранулированного материала, в зону смешивания.
Также предпочтительно, чтобы указанная зона биологической очистки включала бы средства закрепления биомассы в виде шариков, роликов, тарелок, лент, покрывала, колец Рашига или тому подобных колец, дисков или барабанов.
Полезно, чтобы указанная зона смешивания включала бы, по меньшей мере, один бак, в котором расположена, по меньшей мере, одна мешалка, удерживающая гранулированный материал во взвешенном состоянии.
Также полезно, чтобы установка согласно настоящему изобретению включала бы средства ввода, по меньшей мере, одного коагулятора, такого как ионный или катионный полимер, в указанную зону смешивания или в указанный главный входной канал, используемый для ввода указанного биологически очищенного потока.
Предпочтительно, чтобы указанная установка включала бы средство ввода, по меньшей мере, одного коагулятора, такого как соль металла или органический коагулянт, предусмотренный на входной стороне указанного средства ввода указанного коагулирующего реагента.
Также предпочтительно, чтобы указанный гранулированный материал представлял бы собой песок с размером частиц от 40 до 300 микрометров.
Согласно одному варианту реализации изобретения указанная зона осаждения не имеет никаких пластин.
Согласно другому варианту реализации изобретения зона осаждением имеет пластину.
Изобретение и его различные преимущества будут более легко поняты из чтения последующего описания, не ограничивающего объем изобретения, со ссылкой на единственный чертеж, на котором схематически показана установка, объединяющая стадию биологической очистки с помощью вращающихся биологических контакторов со стадией балластной флоккуляции.
Как показано на чертеже, подлежащая обработке вода входит в эту установку через впускное отверстие 11 в бак, определяющий зону биологической очистки 1 с закрепленными микроорганизмами.
Показанный на чертеже бак оборудован вращающимися биологическими контакторами, выполненными в виде вертикальных дисков, установленных на общей горизонтальной оси 12, вокруг которой они вращаются, одновременно действуя как опоры для рабочей биомассы. Однако следует отметить, что может быть использован любой другой способ закрепления биомассы, известный специалистам в данной области, не выходя из объема настоящего изобретения.
Воздух, необходимый для биологической очистки, подается в биомассу при вращении дисков, к которым прикреплена биомасса.
Биологически обработанный поток в этом баке, который после очистки содержит только избыточную биомассу в объеме менее чем 1 г/л взвешенных твердых частиц, проходит по проходу 21 в баке и поступает в резервуар, определяющий зону смешивания 2.
В рамках настоящего варианта изобретения этот проход 21, который формирует главный биологически обработанный входной поток, представляет собой единственное отверстие в общей стене, отделяющей бак, определяющий зону биологической очистки 1, от резервуара 2, определяющего зону смешивания.
Этот резервуар 2, определяющий зону смешивания, снабжен мешалкой 22 и вторичным входным каналом гранулированного материала, состоящего из песка, в виде потока грунта 41, выходящего из гидроциклона 4.
Кроме того, этот резервуар снабжен средством 24 для ввода флоккулирующего реагента и средством 23 для ввода коагулирующего реагента, которым может быть, например, хлорное железо или соль алюминия или это может быть органический коагулянт, такой как полидиаллилдиметил-аммоний хлорид, подаваемый со стороны ввода флоккулирующего реагента.
Отметим, что в зависимости от типа флокулянта (предпочтительно хлорного железа) и его концентрации, коагулирующий реагент может удалить фосфаты, остающиеся в биологически очищенной воде.
Очищенная вода, содержащая хлопья на балластном песке во взвешенном состоянии, затем направляется через дефлектор 34 в зону осаждения 3. Осажденная смесь из ила и песка, забирается в этой точке скребковым конвейером 31 и подается насосом через отводящий канал 35 в гидроциклон 4. Этот гидроциклон 4 формирует зону регенерации гранулированного материала (песка), и его вход соединен с выходом канала 35, причем выход гидроциклона состоит из потока песка 41, составляющего вторичный гранулированный материал.
Весь песок регенерируется как материал 41, поступающий из гидроциклона 4, и обрабатывается с частью или без части ила в зоне смешивания 2, в то время как большая часть обработанного гидроциклоном ила извлекается через контур 42 на обработку ила или на склад (не показан). По меньшей мере, часть ила, отделенного от гранулированного материала, может быть переработана в зоне смешивания 2 с помощью средства 421.
Осветленная вода удаляется из зоны осаждения 3 на поверхности через канал отбора воды 32, включая спускные желоба 33.
3
3
Описанная установка использовалась для очистки городской воды. Частицы используемого песка имели средний диаметр порядка 130 микрометров и реальную плотность 2,65. Хлорное железо использовалось как коагулянт с содержанием 50 мг FeCl на литр. Используемый флокулянт был анионным флокулянтом с содержанием 1,5 мг/л. Рециркулируемую смесь песка и ила в объеме, равном 8%, подавали в гидроциклон с содержанием песка, равным 5 кг/м в продукте, выходящем от зоны биологической очистки 1.
Скорость осаждения в зоне осаждения, равная 30 м/час, была осуществлена соответствующим образом.
Поток, полученный на выходе из резервуара, определяющего зону биологической очистки 1, содержал менее чем 600 мг твердых частиц на литр. Настоящая установка использовалась, чтобы получить очищенную воду с содержанием твердых частиц менее чем 20 мг на литр.
Была отмечена очень малая потеря песка: менее чем 3 грамма песка на кубический метр обрабатываемой воды.
Объем описанного здесь изобретения охвачен приведенной ниже формулой изобретения.