способ биологического удаления фосфора из сточных вод

Формула изобретения

Способ биологического удаления фосфора из сточных вод, включающий последовательное выдерживание сообщества микроорганизмов, очищающих сточные воды от органических и минеральных примесей, в анаэробных, аноксидных и аэробных условиях в емкостных сооружениях с интенсивным массообменном, создаваемым с помощью соответственно мешалок, насосов и барботажа воздухом, отличающийся тем, что возвратный активный ил из вторичных отстойников смешивают с потоком исходной сточной воды, прошедшим решетки и песколовки, смесь подвергают флотационной обработке, после чего флотоконцентрат выдерживают в течение не менее получаса в анаэробных биореакторах при непрерывном перемешивании, а осветленную жидкость с иловой водой подают в денитрификатор вместе с циркуляционным потоком иловой смеси с выхода нитрификатора и анаэробнообработанным флотоконцентратом, далее иловую смесь из денитрификатора направляют в нитрификатор, где подвергают перемешиванию барботажем воздуха, при этом прирастающую в аэробных условиях нитрификатора биомассу избыточного активного ила подвергают флотационной обработке на флотаторах, флотоконцентрат избыточного активного ила обезвоживают до кека и подвергают биокомпостированию в аэробных условиях без потери фосфора в смеси с опилками до получения обогащенного фосфором биогумуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам биологической очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве городов, поселков и промышленных предприятий при очистке сточных вод от органических и минеральных примесей, в том числе биогенных элементов.

Известно использование биологического метода для удаления из сточных вод биогенных элементов, в том числе фосфора [1] путем создания в аэротенках с активным илом последовательно аноксидных, анаэробных и аэробных зон с интенсивным массообменном в каждой зоне за счет устройства мешалок, гидравлического перемешивания с помощью осевых и винтовых насосов, а также барботажа воздухом.

К недостаткам известного способа относятся: громоздкость и высокие энергетические затраты анаэробных и аноксидных зон вследствие пропускания через них всего объема сточных вод, подлежащих очистке; большая поверхность зеркала воды в емкостных сооружениях, где организуются анаэробные и аноксидные условия, через которую в иловую смесь поступает из воздуха кислород, ухудшающий условия для регенерации фосфорпоглощающих бактерий; потери фосфора при длительном уплотнении приросшего активного ила в гравитационных илоуплотнителях.

Задача изобретения - снижение объемов емкостных сооружений и энергетических затрат на очистку сточных вод от фосфора и увеличение содержания фосфора в биогумусе, полученном из прирастающего на очистной станции активного ила.

Решается поставленная задача тем, что в известном способе исключают первичные отстойники и весь возвратный активный ил из вторичных отстойников смешивают с потоком исходной сточной воды, прошедшим процеживание в решетках и улавливание песка в песколовках, смесь подвергают флотационной обработке и затем флотоконцентрат направляют на получасовую анаэробную обработку при непрерывном перемешивании бродящей массы, а осветленную воду с иловой водой подают в денитрификатор вместе с циркуляционным потоком иловой смеси с выхода аэротенка-нитрификатора и анаэробнообработанным флотоконцентратом. Далее иловую смесь из денитрификатора направляют в нитрификатор с интенсивным барботажем воздухом для перемешивания иловой смеси и внесения растворяющегося в воде кислорода воздуха.

Прирастающую в аэробных условиях нитрификатора биомассу избыточного активного ила подвергают флотационной обработке на флотаторах, высвобождаемых в часы минимального притока сточных вод на очистную станцию, и флотоконцентрат приросшей биомассы избыточного активного ила направляют на смешивание с опилками или другими измельченными растительными отходами, и тут же на обезвоживание в отжимных аппаратах, из которых иловую воду возвращают в денитрификаторы, а кек подают в биокомпостеры для получения биогумуса.

Технологическая схема предлагаемого способа биологического удаления фосфора из сточных вод приведена на чертеже. Условные обозначения на схеме следующие:

А - поток исходной сточной воды;

1 - решетки;

2 - песколовки;

3 - флотаторы сточной воды;

4 - анаэробный биореактор;

5 - денитрификатор;

6 - нитрификатор;

7 - вторичные отстойники;

8 - реактор доочистки;

9 - контактный резервуар;

10 - флотаторы избыточного активного ила;

11 - смеситель;

12 - аппарат отжима;

13 - биокомпостер;

14 - бак с мусором;

15 - песковый бункер;

16 - флотоконцентрат;

17 - воздуховод;

18 - осветленный сток после флотации;

19 - избыточный активный ил;

20 - возвратный активный ил;

21 - хлорагент;

22 - иловая вода;

23 - опилки;

24 - флотоконцентрат избыточного активного ила;

25 - кек;

26 - биогумус;

27 - циркуляционный поток иловой смеси;

Б - очищенная вода.

В соответствии с технологической схемой исходную сточную воду А направляют на процеживание в решетки 1, на выделение песка в песколовки 2, а затем после смешивания с потоком возвратного активного ила подают во флотаторы 3, где с помощью водовоздушной смеси, полученной при давлении не менее 15 МПа, обеспечивают выведение во флотоконцентрат 16 биомассы возвратного активного ила 20 взвешенных веществ и сорбированных активным илом растворенных органических веществ потока исходной сточной воды. Осветленную исходную сточную воду и иловую воду возвратного активного ила потоком осветленного стока после флотации направляют в денитрификатор 5. В денитрификатор 5 подают также циркуляционный поток иловой смеси 27 с выхода из нитрификатора 6, а также анаэробнообработанный в анаэробных биореакторах 4 флотоконцентрат. Перемешивание иловой смеси как в денитрификаторах 5, так и в нитрификаторах 6, осуществляют барботажем воздухом, подаваемым по воздуховодам 17.

Из нитрификаторов 6 иловую смесь подают во вторичные отстойники 7. Возвратный активный ил возвращают перед флотаторами 3, а биологически очищенную осветленную сточную воду направляют в реактор доочистки 8. В реакторы доочистки 8 подают воздух по воздуховодам 17. Доочищенный сток направляют на обеззараживание в контактный резервуар 9, где сточная вода контактирует с хлорагентом или подвергается ультрафиолетовому облучению.

Обеззараженную сточную воду потоком очищенной воды отводят в водоприемник.

Отходы сточной воды выводят в виде отбросов в бак с мусором 14, в песковый бункер15.

Приросшую биомассу избыточного активного ила выводят во флотаторы 10, из которых иловую воду возвращают в нитрификатор 5, а флотоконцентрат избыточного ила направляют в смеситель 11 на смешивание с опилками и далее на аппарат отжима 12. Из аппарата отжима 12 кек подают в биокомпостер 13 для получения биогумуса, а иловую воду перекачивают в нитрификатор 6.

Процесс биологической очистки сточных вод от фосфора осуществляют следующим образом.

Исходный сток, освобожденный от крупных механических примесей (тряпок, косточек фруктов, кульков и др. пластмассовых изделий) в решетках 1, а также от песка в песколовках 2, поступает во флотатор 3. Одновременно во флотатор 3 подают возвратный активный ил 20 и водовоздушную смесь, полученную из воды питьевого качества и воздуха под давлением не ниже 15 МПа. Во флотаторе 3 микропузырьки воздуха, выделившегося из водовоздушной смеси вследствие снижения давления до атмосферного и наличия в сточной воде гидрофобных и поверхностно-активных веществ - центров выделения микропузырьков, поднимают на поверхность воды флотатора 3 частички активного ила, взвешенные вещества сточной воды, ее органические примеси, в том числе жировые, поверхностно-активные и гидрофобные вещества такие, как, например, нефтепродукты. Всплывшие на поверхность примеси образуют флотоконцентрат 16, имеющий влажность 95...96%. Величина химической потребности в кислороде в жидкой фазе флотоконцентрата достигает 40...50 кгО/м³. При этом большая часть массы взвешенных веществ флотоконцентрата представлена микроорганизмами активного ила, нуждающимися в кислороде для своей жизнедеятельности.

Флотоконцентрат собирают с поверхности флотатора 3 и направляют в анаэробные биореакторы 4, где при непрерывном перемешивании в течение не менее получаса суспензии активного ила и примесей сточных вод присутствующие там органические примеси трансформируются в более усваиваемые аэробными микроорганизмами соединения, такие как ацетат, пропионат, бутират и лактат. Фосфорпоглощающие бактерии в анаэробной зоне потребляют вышеназванные соединения и превращают их в полигидроксиалконаты (РНА), главным образом, поли- -гидроксибутират и поли- -гидроксивалериат. Транспорт органических кислот в клетку и биосинтез РИА требует энергии, которую polyphosphate accumulating organisms (PAO_S) получают путем гидролитического расщепления полифосфата. Полифосфат они синтезируют в аэробных условиях, изымая из сточной воды фосфор и накапливая его в клетках в значительно больших количествах, чем это требуется для клеточного синтеза и физиологических потребностей. Для биосинтеза полифосфата в условиях ограниченного наличия питательных веществ в аэробной зоне PAO_S используют в качестве энергии РНА, накопленные в анаэробных условиях. В анаэробных условиях фосфор выходит из клетки и насыщает сточную воду. В аэробных условиях фосфор входит в клетку, извлекаясь ею из сточной воды. Поэтому выводить из очистной станции избыток активного ила следует только в аэробных условиях и не допускать создания анаэробных условий как при уплотнении избыточного активного ила, так и при его обезвоживании.

Из анаэробных биореакторов 4 флотоконцентрат подают, смешивая вновь с осветленной во флотаторах 3 сточной водой, а также с циркуляционным потоком иловой смеси из нитрификатора 6, в денитрификатор 5. И поток осветленной во флотаторах 3 сточной воды и циркуляционный поток иловой смеси содержат нитраты, которые в денитрификаторах 5 восстанавливаются до азота молекулярного, поглащая электроны в окислительных процессах, выполняемых микроорганизмами-денитрификаторами. Учитывая необходимость создания интенсивного массообмена в объеме резервуаров денитрификации, удаления с поверхности клеток выделившегося молекулярного азота, перемешивание иловой смеси в денитрификаторах 5 организуется несколькими приемами.

У дна иловая смесь взмучивается мешалками или осевыми либо пропеллерными насосами, а ближе к поверхности зеркала воды в резервуарах денитрификации, где размещаются кассеты с насадкой для удерживания прикрепленных микроорганизмов, располагаются барботеры аэрации сжатым воздухом под насадкой. Барботаж выполняется периодически для обновления поверхности насадки и разрыхления образовавшихся сгустков взвешенных веществ и биомассы микроорганизмов-денитрификаторов.

Из денитрификаторов 5 иловая смесь самотеком поступает в нитрификатор 6, где непрерывно перемешивается за счет интенсивного барботажа воздухом, поступающим по воздуховодам 17. В нитрификаторах 6 активный ил насыщается фосфором с образованием полифосфатов, окисляется азот аммонийный до нитратов, снижается общая концентрация растворенных в воде органических веществ, поэтому при перетекании иловой смеси во вторичные отстойники 7 или тонкослойные илоотделители она после отделения от биомассы возвратного активного ила имеет параметры качества, близкие к нормативам качества воды рыбохозяйственных водоемов. Для доведения качества очищенной сточной воды до уровня требований сброса в водоприемник ее направляют в блок реакторов доочистки 8. В блоки доочистки 8 наряду с биологическими процессами выедания фильтраторами-седиментаторами частиц активного ила, вынесенного из вторичных отстойников 7, организуют обработку сточных вод реагентами для связывания остаточных количеств фосфора, растворенного в воде в нерастворимые соединения и фильтрование сточной воды через зернистую или иную загрузки для отделения нерастворимых в воде примесей от сточной воды. Из блока доочистки 8 очищенная сточная вода перетекает в контактный резервуар 9 для контакта с хлор-агентом, обеззараживания и доведения качества очищенной воды Б по бактериальной обсемененности до нормативов выпуска в водоем рыбохозяйственного значения.

Осадки сточных вод выводятся из трех мест сооружения. Грубые механические примеси, выделенные в решетках 1, складируют в баки с мусором 14 и периодически, по мере накопления, вывозят на полигоны твердых бытовых отходов для утилизации в топливо или строительные материалы. Песок, выделяемый в песколовках 2, выводят в песковые бункера 15, где он по мере накопления через дренажную систему освобождается от избыточной влаги и затем его вывозят для рекультивации нарушенных земель или для строительных нужд. И, наконец, избыточный активный ил выводят из вторичных отстойников 7 во флотаторы избыточного активного ила 10, где его сгущают, разделяя на два потока. Один поток - поток иловой воды 22, возвращается в нитрификатор 6, а второй поток - поток флотоконцентрата избыточного активного ила подают в смеситель 11, где иловая смесь, взаимодействуя с опилками, кондиционируется и подготавливается к обезвоживанию. Из смесителя 11 смесь флотоконцентрата избыточного активного ила и опилок направляется в аппарат отжима 12, где частично освобождается от излишней иловой воды 22, возвращаемой в нитрификатор 6, и выгружается в виде кека 25 в биокомпостер 13. После переработки микроорганизмами и вермикультурой кек превращается в биогумус, который можно использовать в качестве органоминерального удобрения в сельском хозяйстве и зеленом хозяйстве городов.

Реализация поставленной в изобретении задачи может быть продемонстрирована на примере. В качестве примера использован опыт реконструкции секций аэротенков Курьяновской и Люберецкой станций аэрации МГП «Мосводоканал». Так, при реконструкции четырехкоридорной секции аэротенка Люберецкой станции аэрации под процессы анаэробной и аноксидной стадий обработки сточных вод и возвратного активного ила были задействованы два коридора из четырех в секции. Если перейти на предлагаемый способ удаления фосфора из сточных вод биологическим путем, то при задействовании первичных отстойников, выключенных из работы при проведении эксперимента на Люберецкой станции аэрации, в них за 2 часа пребывания стоков можно организовать не только процесс флотации, но и процесс анаэробной обработки флотоконцентрата. В результате можно высвободить полтора коридора аэротенка, ранее занятые анаэробно-аноксидными процессами, для аэробной биологической очистки или увеличить подачу стоков на 30% от ныне существующей. Если строить новую очистную станцию, то на 30% снижается объем капиталовложений в строительство сооружений по биологической очистке сточных вод. Снижение объемов анаэробных биореакторов более чем в 5 раз позволяет уменьшить энергозатраты на перемешивание в них бродящей массы.

Поскольку биогумус получен из избыточного активного ила, обезвоженного без нахождения в анаэробных условиях, то потери фосфора из него исключены, а это гарантирует решение еще одной поставленной задачи - повышения содержания фосфора в биогумусе.