УСТРОЙСТВО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод активным илом и биопленкой с получением высокоэффективного и экологически безопасного органоминерального удобрения.
Известно устройство биологической очистки сточных вод, содержащее реактор, выполненный с возможностью создания восходящего потока водно-иловой смеси, с размещением в корпусе носителей биопленки, выполненных в форме полых цилиндров с внутренними перегородками для создания разветвленной поверхности и каналов для обеспечения возможности прохождения водно-иловой смеси, а для удержания носителей от спуска в реакторе установлены ограничительные решетки (Патент №2119893 РФ, МПК C02F 3/10, заявл. 15.03.1995, опубл. 10.10.1998).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится не высокая эффективность биологической очистки сточных вод, что обусловлено недостаточным временем пребывания водно-иловой смеси в реакторе для протекания процессов нитрификации и денитрификации вследствие наличия только восходящего потока, а также отсутствие возможности переработки иловой составляющей в высокоэффективное и экологически безопасное органоминеральное удобрение.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому устройству и принятому за прототип, является устройство, известное из способа биологической очистки сточных вод, содержащее автономные аэробно-анаэробные реактора колонного типа, выполненные с возможностью создания восходяще-нисходящего потока водно-иловой смеси, с размещением в центральной части на нисходящей по направлению потока ветке носителей биопленки, выполненных в форме сетки, и последовательной циркуляции водно-иловой смеси из реактора в реактор, систему транспорта, включающую оборудование для перемещения жидкостей и газов с необходимыми трубопроводами, запорно-регулирующей арматурой и приборами автоматизации (Патент №2336232 РФ, МПК C02F 3/02, C02F 11/02, заявл. 22.05.2006, опубл. 20.10.2008).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточно высокая эффективность биологической очистки сточных вод, что обусловлено условиями развития сообщества микроорганизмов (биопленки) иммобилизованных на сетчатых носителях, расположенных на нисходящей по направлению потока водно-иловой смеси ветке и склонных к забиванию взвешенными веществами.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение эффективности очистки сточных вод.
Результатом предлагаемого технического решения является интенсификация процесса сорбции и окисления с помощью биопленки.
3
Поставленный технический результат достигается устройством биологической очистки сточных вод, содержащее автономные аэробно-анаэробные реактора колонного типа, выполненные с возможностью создания восходяще-нисходящего потока водно-иловой смеси, с размещением в центральной части на нисходящей по направлению потока ветке носителей биопленки, и последовательного перетока водно-иловой смеси из реактора в реактор, систему транспорта, включающую оборудование для перемещения жидкостей и газов с необходимыми трубопроводами, причем трубопроводы укомплектованы турбуджетами, предназначенными для создания кавитации низкой и высокой интенсивности, и оксиджетами, предназначенными для обогащения водно-иловой смеси воздухом, носители биопленки выполнены из синтетических материалов с удельной плотностью 900-1300 кг/м в форме полых цилиндров с наружным оребрением и с внутренними перегородками для создания разветвленной поверхности и каналов для обеспечения возможности прохождения водно-иловой смеси, при этом для удержания носителей от спуска в реакторе установлены ограничительные решетки.
Оксиджеты, размещенные на трубопроводах и действующие как эжектор, способствуют обогащению водно-иловой смеси воздухом и увеличению окислительной способности активного ила и биопленки. Таким образом, интенсифицируется процесс сорбции и окисления с помощью биопленки, повышается эффективность очистки сточных вод, в том числе за счет снижения энергозатрат на подачу воздуха.
Турбуджеты, также размещенные на трубопроводах, закручивают поток водно-иловой смеси по винтовой спирали и, тем самым, генерируют кавитацию низкой и высокой интенсивности. В процессе генерирования кавитации происходит массовое выделение пузырьков газа, ядрами которых в силу своих размеров (на несколько порядков больше «полезных» микроорганизмов) становятся патогенные микроорганизмы. При разрыве пузырьков высвобождается потенциальная энергия и происходит микроудар, под действием которого оболочки патогенных микроорганизмов разрушаются, а выделяемые ферменты стимулируют рост «полезных» микроорганизмов. Таким образом, интенсифицируется процесс сорбции и окисления с помощью биопленки, повышается эффективность очистки сточных вод.
3
Выполнение носителей в форме полых цилиндров из синтетических материалов с удельной плотностью 900-1300 кг/м с наружным оребрением и с внутренними перегородками и каналами способствует интенсификации процесса сорбции и окисления с помощью биопленки, и, как следствие, повышению эффективности очистки сточных вод.
Форма носителей биопленки обусловлена необходимостью создания разветвленной поверхности, вследствие которой формируется большая площадь для развития сообщества микроорганизмов. Наличие каналов способствует беспрепятственному прохождению взвешенных веществ через носители и предохраняет их от забивания.
3
Синтетический материал с удельной плотностью 900-1300 кг/м способствует созданию взвешенного слоя из носителей в восходяще-нисходящем потоке водно-иловой смеси, а наличие ограничительных решеток способствует удержанию носителей от спуска в реакторе.
Выбор формы и материала изготовления носителей также обусловлены относительно невысокой стоимостью и созданием достаточных условий для интенсивного развития сообщества микроорганизмов в сравнении с другими носителями, в том числе с более разветвленной поверхностью.
Устройство биологической очистки сточных вод поясняется чертежами:
фиг. 1 - общая схема устройства;
фиг. 2 - носитель биопленки.
Устройство биологической очистки сточных вод содержит автономные аэробно-анаэробные реактора колонного типа 1, 2, 3, выполненные с возможностью создания восходяще-нисходящего потока 4 водно-иловой смеси, с размещением в центральной части на нисходящей по направлению потока ветке носителей 5 биопленки, и ограничительные решетки 6, систему транспорта, включающую оборудование для перемещения жидкостей и газов 7 с необходимыми трубопроводами 8, укомплектованными турбуджетами 9 и оксиджетами 10, запорно-регулирующую арматуру 11 и приборы автоматизации (не показаны). Носители 5 биопленки содержат перегородки 12 и каналы 13.
Устройство биологической очистки сточных вод работает следующим образом.
Загрязненные сточные воды пройдя блок механической очистки, включающий улавливание грубо- и мелкодисперсных примесей с использованием процесса отстаивания, а гидрофобных веществ - с использованием процесса флотации, и усреднение сточных вод, включающее обработку кавитацией низкой интенсивности, стимулирующее рост микроорганизмов, попадают в блок биологической очистки.
Блок биологической очистки представляет собой установку, содержащую три автономных аэробно-анаэробных реактора 1, 2, 3, связанные между собой системой транспорта, которая включает оборудование для перемещения жидкостей и газов 7 с необходимыми трубопроводами 8, укомплектованными турбуджетами 9 и оксиджетами 10, запорно-регулирующую арматуру 11 и приборы автоматизации (не показаны). Реактора 1, 2, 3 представляют собой вертикально расположенные колонные аппараты, в которых происходит сорбция и окисление водно-иловой смеси в биоценозе активного ила и на биопленке, иммобилизованной на носителях 5. В каждом реакторе формируется свой биоценоз активного ила и биопленки, отличающийся от предыдущего более широким видовым составом.
Биоочистка сопровождается не менее чем двукратной (в зависимости от степени загрязнения сточных вод) рециркуляцией водно-иловой смеси через каждый реактор 1, 2, 3 и последовательным ее перетоком из реактора в реактор. В процессе рециркуляции водно-иловой смеси по трубопроводам 8, которые укомплектованы турбуджетами 9 и оксиджетами 10, в реакторах 1, 2, 3 достигается насыщение водно-иловой смеси воздухом.
Водно-иловый поток в реакторе 1, 2, 3 движется по восходяще-нисходящей траектории 4, сначала обтекает внешнюю зону реактора 1, 2, 3 (восходящая ветвь), а затем опускается вниз по центральной части реактора 1, 2, 3 (нисходящая ветвь) и проходит через биопленку, иммобилизованную на носителях 5. Смешение активного ила с водно-иловой смесью происходит последовательно в восходяще-нисходящем потоке 4 путем его турбулизации.
Носители 5 биопленки по форме представляют собой полые цилиндры, внутри которых находятся перегородки 12 и каналы 13. Перегородки 12 способствуют созданию разветвленной поверхности и, соответственно, большей площади для количественного и качественного (видового) развития сообщества микроорганизмов. Каналы 13 обеспечивают возможность беспрепятственного прохождения водно-иловой смеси через носители и предохраняют их от забивания. За счет этого достигается интенсификации процесса сорбции и окисления с помощью биопленки, т.к. активный рост биоценоза сопровождается естественным поглощением органики, чем больше микроорганизмов, тем больше им требуется энергии (питания) и тем выше степень извлечения загрязнений из водно-иловой смеси.
3
Синтетический материал носителей 5 характеризуется удельной плотностью 900-1300 кг/м, что позволяет носителям 5 находиться во взвешенном состоянии, т.е. в условиях интенсивного перемешивания в течение всего процесса биологической очистки.
Восходящие ветви потока более обогащены кислородом, чем внутренние, что создает возможность протекания поочередно процессов нитрификации и денитрификации, при которых окисляющий загрязнения биоценоз сначала поглощает кислород из водно-иловой смеси, а затем интенсивно его расходует на окисление загрязнений.
После блока биологической очистки водно-иловая смесь, содержащая вспухший активный ил, поступает в блок физико-химической очистки на стадию разделения водно-иловой смеси на составляющие с использованием не менее чем двухступенчатого (в зависимости от количества вспухшего активного ила) процесса отстаивания и флокуляции. Осветленная водная составляющая отводится в блок обеззараживания с использованием традиционных методов, а иловая составляющая при достижении критического объема разделяется на два потока:
- первый поток - от 10 до 15% иловой составляющей возвращается в первый реактор 1 блока биологической очистки для осуществления процесса регенерации путем не менее чем двукратной циркуляции в условиях аэрации оксиджетами 10 и кавитационной обработки низкой интенсивности турбуджетами 9;
- второй поток - от 85 до 90% иловой составляющей возвращается в третий реактор 3 блока биологической очистки для осуществления процесса лизиса путем не менее чем трехкратной циркуляции в условиях аэрации оксиджетами 10 и кавитационной обработки низкой и высокой интенсивности турбуджетами 9.
Для процессов регенерации и лизиса соответствующих потоков иловой составляющей нужные реактора 1 и 3 изолируются на время их протекания, а процесс биологической очистки останавливается.
В процессе лизиса иловой составляющей в третьем реакторе 3 за счет кавитации оболочки микроорганизмов разрушаются и выделяются ферменты, которые и обеспечивают работу живой микрофлоры в этом реакторе 3. После не менее чем трехкратной циркуляции в условиях аэрации оксиджетами 10 и кавитационной обработки низкой и высокой интенсивности турбуджетами 9 процесс останавливается, при этом величина дегидрогеназной активности достигает своего минимума. Насыщение иловой составляющей воздухом обеспечивает ее всплытие и уплотнение в реакторе 3. Надиловая вода с ферментами за счет большей плотности, чем у иловой составляющей, легко отводится через нижний отвод реактора 3 на начальную стадию очистки. Иловая составляющая поступает на стадию обезвоживания блока физико-химической очистки с использованием процесса центрифугирования и прессфильтрования.
После обезвоживания иловой составляющей образуется иловый осадок, представляющий собой сыпучий, без неприятного запаха, негигроскопичный продукт бурого цвета, который при попадании атмосферных осадков не теряет своей рыхлой торфяной структуры. Глубоко переработанный иловый осадок может использоваться в качестве высокоэффективного и экологически безопасного органоминерального удобрения.
Таким образом, технология, реализуемая в предлагаемом устройстве, характеризуется высокой степенью биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод активным илом и биологической пленкой с получением высокоэффективного и экологически безопасного органоминерального удобрения.