Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано в очистных сооружениях населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных предприятий.

Известен способ аэробной биологической очистки сточных вод (аналог), включающий отстаивание исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка в первичном отстойнике, подачу сточной воды в аэротенк, перемешивание и аэрацию смеси сточной воды и активного ила, культивирование микроорганизмов, отстаивание и отделение очищенной воды от активного ила во вторичном отстойнике [1].

Недостатками указанного известного способа являются: низкая эффективность биологической очистки и наличие значительных количеств избыточного активного ила, подлежащего утилизации. Это обусловлено тем, что участок аэробной биологической очистки «аэротенк-вторичный отстойник» работает в условиях высоких нагрузок по органическим загрязнениям, при этом биоценоз активного ила функционирует при неоптимальных условиях его жизнедеятельности. В результате показатели очистки сточной воды являются недостаточно высокими и далеки от тех требований, которые предъявляются службами санитарно-эпидемиологического надзора к водам, сбрасываемым в открытие водоемы и водотоки. Кроме того, аэротенк непосредственно принимает на себя пиковые нагрузки по органическим загрязнениям, которые связаны с существенной неравномерностью подачи исходных стоков и обусловлены конкретными особенностями производственного технологического цикла предприятия.

Ввиду этого возможны срывы в работе очистных сооружений, проявляющиеся во вспухании активного ила во вторичных отстойниках, ингибировании микроорганизмов активного ила и практическом прекращении его функционирования в аэротенке в ходе биохимического процесса. Помимо вышеуказанного, в этих условиях из-за выхода значительных количеств избыточного активного ила имеет место перегрузка иловых карт и производственные трудности, связанные с удалением активного ила из очистных сооружений и его последующей утилизацией.

Известен способ аэробной биологической очистки сточных вод (прототип), включающий механическую обработку исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу возвратного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из очистных сооружений и отвод очищенной воды [2].

Недостатком известного способа является недостаточно высокая эффективность очистки, необходимость вывода избыточного активного ила и его последующей утилизации, низкие показатели очистки сточных вод. Указанные недостатки обусловлены в первую очередь тем, что степень очистки существенно зависит от загрязненности исходных сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Органические примеси в исходных сточных водах находятся, как известно, в растворенном, коллоидном и твердофазном (крупно- и мелкодисперсном) состоянии, что затрудняет их биохимическое окисление микроорганизмами активного ила.

При этом мелкодисперсная субстанция загрязнений отличается неудовлетворительной осаждаемостью, что не позволяет выделить ее на стадии механической очистки, в частности, в первичных отстойниках. В результате этого повышенные концентрации взвешенных веществ в исходной сточной воде поступают на участок биологической очистки, что неизбежно приводит к существенному ухудшению показателей биохимического окисления органических загрязнений в аэротенках. Кроме того, особенностью большинства производственных технологических процессов на предприятиях является наличие залповых изменений состава исходных сточных вод, подаваемых на очистные сооружения в течение суток. Резкие колебания концентраций взвешенных веществ в исходной сточной воде, поступающей на очистные сооружения, оказывают особо неблагоприятное воздействие на процесс биологической очистки из-за нарушения режимов питания сложных биоценозов активного ила аэротенков. Низкое качество очистки сточных вод связано также с относительно невысокой эффективностью отделения активного ила из смеси его со сточной водой, поступающей во вторичные отстойники из аэротенков. Это связано с тем, что биофлокуляция активного ила в аэротенках и вторичных отстойниках осуществляется недостаточно интенсивно из-за малых концентраций внеклеточных биополимеров в иловой суспензии. Кроме того, биотехнологический процесс биологической очистки в аэротенках сопровождается существенным приростом биомассы, что приводит к наличию на выходе из очистных сооружений значительных количеств избыточного активного ила. Вывод избыточного активного ила из очистных сооружений на иловые площадки и необходимость строительства этих площадок для хранения и утилизации больших масс указанных отходов представляет из себя серьезную трудность и требует значительных энерго- и трудозатрат.

Задачей изобретения является повышение качества очищенной сточной воды, существенное уменьшение выхода избыточного активного ила из очистных сооружений.

Поставленная задача решается в способе аэробной биологической очистки сточных вод, включающем отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу возвратного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды из очистных сооружений, тем, что избыточный активный ил подвергают гидромеханическому воздействию с интенсивностью 500-3000 Дж/кг ММ·с, при этом 70-80% обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а 20-30% - со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, при этом процессы перемешивания указанных суспензий ведут в течение 10-20 мин с интенсивностью, соответствующей безразмерному коэффициенту Рейнольдса Re=2000-4000.

Сущность изобретения состоит в том, что с помощью дезинтегрирующего гидромеханического воздействия создаются условия, обеспечивающие непрерывное выделение микроорганизмами биополимеров. По-видимому, в основе этого процесса лежит то, что микроорганизмы активного ила (бактерии) в процессе своей жизнедеятельности образуют и выделяют особые вещества (внеклеточные биополимеры), которые являются в дальнейшем основными флокулирующими агентами.

Нами установлено, что в заявляемом способе процесс биохимического окисления имеет особенность, состоящую в том, что процесс культивирования микроорганизмов активного ила производится в условиях чередования режимов питания от режимов избытка питательных веществ до режимов старвации (питательного голода) микроорганизмов. Это реализуется с помощью вытеснительного гидравлического процесса, в ходе которого микроорганизмы активного ила проходят последовательно через указанные выше условия и цикличеки подвергаются воздействию по концентрации питательной среды и по степени ее усваиваемости (от легко - до трудноусваиваемого питательного субстракта).

Анализ приведенных выше материалов свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна».

Сравнение заявленного способа с известными показывает, что они для специалиста не следуют явным образом из уровня техники, что свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение является промышленно применимым, т.к. в настоящее время используется на ряде экспериментальных и полупромышленных (опытных) установках.

Способ иллюстрируется на следующих примерах.

Пример 1. Лаборатория отдела производственной санитарии и охраны окружающей среды Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности.

Вид сточных вод хозяйственно-бытовые, стоки биопредприятий, животноводческих комплексов (свиноводческих, КРС, птицеводческих), мясо-молочных предприятий. Рабочие объемы емкостей (перемешивающих, отстойников) 40 л. Перемешивание смеси сточной воды и активного ила - механическое. Время перемешивания 10 мин. Обработка активного ила - гидромеханическое воздействие с интенсивностью 500 Дж/кг ММ·с. Далее 70% обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а 30% - со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, при этом процессы перемешивания указанных суспензий ведут в течение 10 мин с интенсивностью, соответствующей безразмерному коэффициенту Рейнольдса Re=2000.

Эффективность очистки сточной воды по основным интегральным показателям соответствовала: концентрация взвешенных веществ 5 мг/л и биохимическая потребность в кислороде (БПК) 6 мг О₂/л, т.е. эффективность очистки улучшалось в сравнении с известным способом на 60%.

Пример 2. Лаборатория отдела производственной санитарии и охраны окружающей среды Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности.

Вид сточных вод хозяйственно-бытовые, стоки биопредприятий, животноводческих комплексов (свиноводческих, КРС, птицеводческих), мясо-молочных предприятий. Рабочие объемы емкостей (перемешивающих, отстойников) 40 л. Перемешивание смеси сточной воды и активного ила - пневматическое, гидравлическое, механическое. Время перемешивания 30 мин. Обработка активного ила - ультразвуковое воздействие с интенсивностью физико-механического воздействия 3000 Дж/кг ММ·с. Далее 80% обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а 20% - со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, при этом процессы перемешивания указанных суспензий ведут в течение 20 мин с интенсивностью, соответствующей безразмерному коэффициенту Рейнольдса Re=4000.

Эффективность очистки сточной воды по основным интегральным показателям соответствовала: концентрация взвешенных веществ 4 мг/л и биохимическая потребность в кислороде (БПК) 5 мг O₂/л, т.е. эффективность очистки улучшалось в сравнении с известным способом на 80%.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет повысить эффективность очистки сточных вод на 60-80% в сравнении с известным техническим решением. Кроме того, заявленный способ повышает надежность и устойчивость работы очистных сооружений в течение утвержденного проектом срока службы.

Литература

1. Яковлев С.В., Карелий Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. - М.: Стройиздат, 1975, с.390-392, рис.4.131 (аналог).

2. Яковлев С.В., Карелии Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. - М.: Стройиздат, 1975, с.208-215, рис.4.12в (прототип).