УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД АКТИВНЫМ ИЛОМ

Изобретение относится к обработке сточных вод и их осадков микроорганизмами и может быть использовано при биологической очистке городских и промышленных сточных вод от органических примесей и соединений азота аммонийного, а также при аэробной стабилизации осадков сточных вод.

Известна установка для биологической очистки сточных вод, содержащая аэротенк, биофильтр с загрузкой и водораспределительной системой, вторичный отстойник, трубопроводы подачи исходных сточных вод, циркуляционного активного ила и избыточного ила, а также выпуска очищенных вод [Авторское свидетельство СССР N 1650613, кл. МКИ⁶: C 02 F 3/02, опубликовано 23.05.91].

Недостатки известного способа обусловлены седиментационными свойствами активного ила при резкоменяющихся расходах и составе сточных вод, наличии в стоках токсичных веществ, когда активный ил "вспухает" и вторичный отстойник не обеспечивает полное отделение биомассы ила от очищенной сточной жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для биологической очистки сточной жидкости, содержащее биофильтр с загрузкой, лоток подачи сточной жидкости, аэротенк с аэраторами, вторичный отстойник со взвешенным слоем осадка, рециркуляционный насос и трубопровод возвратного ила [Авторское свидетельство СССР N 1599317 (прототип), кл. МКИ⁶: C 02 F 3/02, опубликовано 15.10.90].

К недостаткам данного устройства относится поступление воздуха в устройство сверху, одновременно с иловой смесью, вследствие чего насадка быстро заиляется инертной биомассой, а доля активной биомассы, удерживаемой насадкой, при этом приближается к нулю, удерживаемая биомасса вследствие плохого массообмена и отсутствия кислорода загнивает, существенно ухудшая качество очищаемой сточной жидкости, особенно по азоту аммонийному и трудноокисляемым органическим веществам. Кроме того, размещение насадки над аэротенком усложняет конструкцию сооружения и его эксплуатацию, увеличивает нагрузку на конструктивные элементы и эксплуатационные затраты на перекачку иловой смеси в биофильтровую часть устройства.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для аэробной биологической очистки сточных вод активным илом, в котором выполнение биофильтров в виде поплавков с насадкой, расположение их в верхней части коридоров аэротенка, вдоль барботеров аэраторов, над факелами воздушного потока, создаваемого барботерами, и выполнение биофильтра плавающим, затопленным в аэротенк, обеспечивает увеличение гидравлической нагрузки на комплекс сооружений аэротенк - вторичный отстойник по органическим веществам на биомассу микроорганизмов, этим обеспечивается уменьшение заиления насадки, снижение доли инертной биомассы в общей, удерживаемой биомассе гидробионтов, увеличение степени очистки сточной жидкости, в т.ч. и от соединений аммонийного азота и трудноокисляемых органических веществ, а также упрощение конструкции, снижение нагрузки на конструктивные элементы, снижение эксплуатационных затрат на перекачку биофильтровой смеси.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для аэробной биологической очистки сточных вод активным илом, содержащем биофильтр с загрузкой, лоток подачи сточной жидкости, аэротенк с аэраторами, вторичный отстойник со взвешенным слоем осадка, рециркуляционный насос и трубопровод возвратного ила, согласно изобретению предусмотрены следующие конструктивные отличия:
- биофильтр выполнен в виде поплавков с насадкой;
- поплавки с насадкой расположены в верхней части коридоров аэротенка, вдоль барботеров аэраторов, над факелами воздушного потока, создаваемого барботерами, обеспечивающими наличие биомассы от 0,1 до 0,3 долей прикрепленных микроорганизмов от общей массы биоценоза;
- биофильтр выполнен плавающим, затопленным в аэротенк.

Кроме того, для удержания гидробионтов поплавки с насадкой закреплены в объеме аэротенка с помощью шнуров и канатов, а для обеспечения их плавучести и остойчивости снабжены пригрузами и полыми герметичными трубами.

Устройство поясняется чертежами, где на:
фиг. 1 изображена схема размещения поплавков с насадкой на плане коридора аэротенка с шнурами и канатами;
на фиг. 2 - поперечное сечение коридора аэротенка с разрезом поплавка с насадкой, удерживающими шнурами и канатами и узлами, поясняющими размещение пригрузов и полых герметичных труб;
на фиг. 3 показано влияние глубины погружения в воду насадки поплавков над факелом воздушного потока на соотношение активной и инертной биомассы, удерживаемой насадкой;
на фиг. 4 приведено влияние удаления поплавков с насадкой от факела воздушного потока на соотношение активной и инертной биомассы, удерживаемой насадкой;
на фиг. 5 показано изменение величины илового индекса свободноплавающего активного ила аэротенков в зависимости от дозы прикрепленной биомассы микроорганизмов к общей биомассе биоценоза аэротенка;
на фиг. 6 показаны величины илового индекса для свободноплавающего ила и биоценоза 25% прикрепленных микроорганизмов в зависимости от суточной нагрузки на биомассу биоценозов;
на фиг. 7 показаны величины прироста биомассы активного ила в зависимости от дозы прикрепленных микроорганизмов в общей биомассе аэротенка;
на фиг. 8 - кривые 1 и 2 соответственно, остаточные количества азота аммонийного и анионных ПАВ в очищенной воде при разной дозе прикрепленных микроорганизмов в общей биомассе ила аэротенков;
на фиг. 9 показано влияние дозы прикрепленных микроорганизмов в экспериментальном аэротенке от общей биомассы ила на его гидравлическую крупность;
на фиг. 10 показано увеличение степени распада сухого вещества осадков сточных вод при различном соотношении дозы прикрепленных микроорганизмов и общей биомассы стабилизируемого ила в аэробном минерализаторе.

Устройство для аэробной биологической очистки сточных вод активным илом состоит из лотка подвода сточной воды 1, аэротенка 2 с барботерами 3 и встроенным биофильтром 4, выполненным в виде поплавка с насадкой 5, выполненного с пригрузами 6 в нижней части и полыми трубами 7 в верхней части биофильтра 4 и зафиксированного в объеме аэротенка 2 с помощью шнуров 8 и канатов 9, трубопровода 10 отвода иловой смеси из аэротенка 2 во вторичный отстойник 11, трубопровода 12 отвода осветленной воды, рециркуляционного насоса 13 и трубопровода 14 рециркуляционного активного ила.

Устройство работает следующим образом.

Сточная жидкость или стабилизируемый осадок подаются по лотку 1 на вход аэротенка 2, сюда же добавляется рециркулирующий активный ил по трубопроводу 14 из вторичных отстойников 11. Иловая смесь под действием воздушного потока, выходящего из барботеров 3 аэрации, создает циркуляционный поток в факеле воздушного потока в виде водовоздушной смеси (фиг. 1). Входя в объем насадки 5 поплавков 4, водовоздушная смесь, с одной стороны, контактирует с прикрепленным на волокнистой насадке 5 биоценозом, а с другой стороны, вследствие высокой турбулентности потока обеспечивает отрыв части прикрепленных микроорганизмов и переход их в свободноплавающее состояние. Поскольку гидравлическая крупность оторвавшейся биопленки прикрепленных микроорганизмов составляет около 1,4 мм/с, а свободноплавающего ила 0,3 - 0,8 мм/с, то постепенно биоценоз прикрепленных микроорганизмов вытесняет активный ил, образованный из взвешенных веществ сточных вод. Чем больше количество насадки 5 в аэротенке 2, тем больше количество прикрепленных микроорганизмов и выше гидравлическая крупность свободноплавающего ила (фиг. 2). Установлен рост гидравлической крупности свободноплавающего активного ила в экспериментальном аэротенке при изменении соотношения дозы биомассы прикрепленных микроорганизмов и общей биомассы микроорганизмов в комплексе аэротенк - вторичный отстойник.

В соответствии с графиком (фиг. 9) только при дозе прикрепленных микроорганизмов на уровне 0,1 от общей биомассы микроорганизмов в комплексе аэротенк - вторичный отстойник происходит резкое и существенное увеличение гидравлической крупности свободноплавающего активного ила. С другой стороны, после дозы прикрепленных микроорганизмов 0,3 от общей биомассы микроорганизмов дальнейшее увеличение насадки ведет только к удорожанию стоимости аэротенка, но не способствует увеличению гидравлической крупности активного ила и не создает других преимуществ в проведении процесса биологической очистки сточных вод. Во всем диапазоне нагрузок на ил (фиг. 6) по органическим веществам от 100 до 600 г БПК/кг сут иловый индекс активного ила, составленного из биопленки прикрепленных микроорганизмов линия 2 (данные авторов при x_акт/x_общ= 0,25), в отличие от активного ила традиционных аэротенков линия 1 (данные СНиП2.04.03-85), находится на уровне 0,04 - 0,05 л/г, а это обеспечивает возможность снижения необходимой степени рециркуляции (R_i) и увеличения гидравлической нагрузки q_ssa на вторичный отстойник 11 в соответствии с зависимостью СНиП 2.04.03-85

где k_ss - коэффициент использования объема зоны отстаивания вторичного отстойника; H_set - рабочая глубина вторичного отстойника; J_i - иловый индекс, см³/г; a_i - концентрация активного ила, г/л; a_t - вынос взвешенных веществ из вторичного отстойника, мг/л.

Очевидно, что при уменьшении J_i в 2-3 раза (фиг. 5) достаточно существенно (на 15-40%) возрастает q_ssa, а это подтверждает решение поставленной в предлагаемом изобретении задачи скачкообразно и не очевидным образом увеличить гидравлическую нагрузку на аэротенк 2 и вторичный отстойник 11 без выполнения каких-либо строительных работ или замене труб, лотков и т.п.

При увеличении дозы прикрепленных микроорганизмов свыше 0,1 от общей биомассы гидробионтов в комплексе аэротенк - вторичный отстойник существенно в 1,5-2,0 раза уменьшается прирост биомассы активного ила, что также обеспечивает выполнение поставленной в изобретении задачи в назначенном интервале доз прикрепленных микроорганизмов (фиг. 7).

Биоценоз прикрепленных микроорганизмов формируется как из быстрорастущих, так и медленнорастущих микроорганизмов. Если в обычном аэротенке при увеличении нагрузки по органическим веществам на активный ил возраст ила уменьшается и доля в иле нитрифицирующих бактерий, бактерий, разрушающих трудноокисляемые органические вещества (например, анионные ПАВ), существенно уменьшается, то эксперименты с активным илом, сформированным из биопленки прикрепленных микроорганизмов, показали значительную активность этого ила в уменьшении остаточных количеств азота аммонийного и анионных ПАВ в очищенной сточной жидкости (фиг. 8).

Ограничение дозы прикрепленных микроорганизмов (x_пр) на уровне 0,3 от общей биомассы микроорганизмов (x_общ) в системе аэротенк - вторичный отстойник обусловлено тем, что для обеспечения в достаточном количестве кислородом воздуха биомассы активного ила аэротенков при использовании экономичной мелкопузырчатой системы аэрации барботеры 3 занимают 0,2-0,3 площади днища аэротенка 2, следовательно, факел поднимающегося воздушного потока занимает не более 30% объема аэротенка 2. Располагать насадку 5 вне факела воздушного потока (фиг. 4) нецелесообразно ввиду залипания насадки 5. На всей высоте факела воздушного потока также размещать насадку 5 нецелесообразно (фиг. 3), поскольку у днища аэротенка 2 даже в факеле воздушного потока доля активной биомассы микроорганизмов (x_акт) существенно ниже (в три раза), чем у поверхности воды. Целесообразно насадку 5 предусматривать в верхней половине факела воздушного потока.

Таким образом, насадка 5 может занимать около 15% объема аэротенка 2. Если на насадке 5 в объеме поплавка 4 удерживается биомасса микроорганизмов на уровне средней концентрации активного ила в аэротенке 1-3 г/л, то доза прикрепленных микроорганизмов в комплексе аэротенк - вторичный отстойник составит не менее 0,1 от общей биомассы биоценоза.

Поддерживать в насадке 5 концентрацию прикрепленных микроорганизмов свыше 5-6 г/л невозможно ввиду слишком большой густоты насадки, создающей большое гидравлическое сопротивление потоку воздуха и замедляющей поперечную циркуляцию иловой смеси в аэротенке 2, что может привести к заилению аэротенка 2. Снабжение поплавков 4 (фиг. 2) пригрузами 6, шнурами 8, канатами 9 и полыми пластмассовыми герметичными трубами 7 обосновано необходимостью удерживания поплавков 4 в створе факела воздушного потока, исключения сталкивания поплавков 4, запутывания шнуров 8.

Снабжение аэротенков действующих очистных станций аэрации системой поплавков с насадкой без остановки процесса очистки позволяет при затратах не более 5% от стоимости очистной станции увеличить производительность очистной станции на 25-40%, вдвое повысить эффективность очистки сточных вод от азота аммонийного и трудноокисляемых органических веществ, например, ПАВ и нефтепродуктов.

Вес поплавка в сухом виде составляет 15 кг, во влажном состоянии с биомассой прикрепленных микроорганизмов - 30 кг. Установка поплавков с насадкой позволяет в 2 раза уменьшить количество осадков на очистной станции. Поскольку затраты на обработку осадков составляют до 40% эксплуатационных затрат, уменьшение вдвое их количества позволяет на 20% снизить величину эксплуатационных затрат на очистной станции.

При использовании поплавков с насадкой в аэробных минерализаторах можно вдвое повысить распад сухого вещества осадков (фиг. 10), что существенно снижает затраты на последующее обезвоживание и сушку осадков сточных вод.