Результат интеллектуальной деятельности: Способ биологической очистки жидких фракций, содержащих дезинфицирующее вещество ЧАМС и аналогичные ему совместно с хозяйственно-бытовыми и/или близкими к ним по составу производственными сточными водами

Изобретение относится к области биологической очистки жидких отбросов, содержащих дезинфицирующее вещество четвертичные аммонийные соли (далее - ЧАМС) и аналогичные ему, взвешенным активным илом совместно с хозяйственно-бытовыми и/или близкими к ним по составу производственными сточными водами и может быть использовано для совместной очистки жидких отбросов и сточных вод промпредприятий, населенных пунктов, отдельно стоящих зданий, коттеджей, аэропортов, железно-дорожного транспорта.

Известен классический способ утилизации жидких отбросов (нечистот, помоев и т.п.), доставляемых из неканализованных зданий ассенизационным транспортом (СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85). Известный способ предполагает сбор и обработку жидких отбросов перед сбросом в канализационную сеть, что следует осуществлять на сливных станциях, располагаемых на территории очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод или в непосредственной близости от них. Допускается размещать сливные станции вблизи канализационных коллекторов с диаметрами не менее 400 мм, при этом количество сточных вод, поступающих от сливной станции, не должно превышать 20% общего расчетного расхода по коллектору, кроме этого, доставляемые ассенизационным транспортом на сливную станцию сточные воды необходимо разбавлять в соотношении 1:1,2.

Для такого режима поступления жидких отбросов на очистку совместно с хозяйственно-бытовыми сточными водами или промышленными сточными водами близкими к ним по составу, необходимо достаточно большой объем приемной камеры, четко выполняемый график подвоза жидких отбросов. Кроме этого, указанный способ не предполагает наличия в жидких отходах дезинфицирующих средств, что повлечет ингибирование активного ила.

Известен «Способ глубокой биологической очистки сточных вод от азота аммонийных солей» (патент RU N2185338). Способ включает обработку сточной воды в чередующихся зонах с пониженным кислородным режимом и аэробным режимом с последующим отстаиванием биологически очищенной воды и рециркуляционного активного ила в количестве 100% от объема поступающих сточных вод с распределением его в зоны с пониженным содержанием кислорода, при этом 60% исходной воды подается в первую зону с пониженным кислородным режимом, а в следующую зону с пониженным кислородным режимом - 40%.

Недостатками известного способа являются:

- отсутствие возможности одновременно с хозяйственно-бытовыми и близкими к ним по составу производственными сточными водами принимать жидкие отбросы, являющиеся высококонцентрированными по органическим веществам азоту и фосфору жидкими субстанциями в составе которых имеются дезинфицирующие вещества, так как указанные схемы реализуются в аэротенках - вытеснителях, то залповые поступления высококонцентрированных токсичных субстанций, которыми и являются жидкие отбросы, приведут к ингибированию активного ила.

- для обеспечения эффективного удаления азота предусмотрена нитратная рециркуляция иловой смеси с выхода аэротенка на вход аноксидной зоны, что, при наличие в сточной воде концентраций азота аммонийного, значительно превышающих его содержание в хозяйственно-бытовых сточных водах, приводит к дополнительным капитальным и эксплуатационным расходам на биологическую очистку в связи с увеличением как объемов аноксидной и аэробной зон биореактора, так и энергоемкости процесса.

Известен также «Способ глубокой биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота аммонийных солей» (патент RU 2555893), технический результат по данному способу достигается тем, что сначала сточную воду в полном объеме обрабатывают в зонах с пониженным кислородным режимом, а затем в аэробных зонах с помощью прикрепленных микроорганизмов, при этом рециркулируемая смесь сточной воды и свободноплавающего активного ила из последней аэробной зоны подается в начало первой зоны с пониженным кислородным режимом в количестве 120-150%) от всего объема поступающей сточной воды; наращивание прикрепленных микроорганизмов производят на инертном материале «Поливом» с удельной площадью в первой зоне с пониженным кислородным режимом 17 м²/м³, во второй зоне - 21 м²/м³ и в зонах с аэробным режимом - 24 м²/м³, при гидравлической нагрузке соответственно не выше: 1,38; 0,43; 0,32 м³/м² носителя, обработку сточной воды в зонах с пониженным кислородным режимом осуществляют соответственно в течение 1,4 и 3,4 часа; в зонах с аэробным режимом - 2,6 и 1,4 часа. Концентрацию кислорода в зонах с аэробным режимом поддерживают в количестве 4-5 мг/л. Отстаивание очищенной воды производят в течение 1-1,5 часа. Технический результат изобретения - повышение стабильности системы к залповым сбросам и другим аварийным ситуациям; снижение потребления электроэнергии; уменьшение времени отстаивания биологически очищенных сточных вод до 1-1,5 часов.

Действительно данный способ очистки сточных вод предполагает за счет высокой кратности циркуляции очищенной сточной воды в зону с пониженным кислородным режимом снизить влияние фактора угнетения микрофлоры в результате залпового поступления высококонцентрированных сточных вод, также наличие прикрепленных микроорганизмов повысит устойчивость системы в целом.

Недостатком известного способа является:

- отсутствие диапазонов значений концентрации загрязняющих веществ, которые не будут оказывать негативное влияние на процесс очистки сточных вод и ингибирующее влияние на биоценоз активного ила; - невозможность поступления на очистку высококонцентрированных жидких отбросов с дезинфицирующим веществом.

Таким образом, данная технологическая схема не может быть признана эффективной для совместной очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и жидких отбросов, содержащих дезинфицирующее вещество ЧАМС и аналогичных ему, токсичных для биоценоза и сорбирующихся на его поверхности.

Известен «Способ биологической очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений» (патент RU 2 644 904). Способ включает очистку сточных вод от механических примесей, равномерный вывод обработанных сточных вод для анаэробной, аноксидной и аэробно-аноксидной биологической очистки активным илом, циркуляцию иловой смеси через мембранные модули при одновременном отводе фильтрата через поры мембран, периодическую отмывку внутренней поверхности и пор мембран от частиц активного ила и загрязнений, дополнительную доочистку, сбор, обеззараживание и транспортировку биологически очищенной сточной воды до места ее сброса при постоянном отводе активного ила из биореактора с последующей его дегидратацией в обезвоживающем агрегате.

При циркуляции иловой смеси формируют концентрацию активного ила от 2 до 20 г/л. Отвод очищенных сточных вод от активного ила происходит через поры горизонтальных мембранных модулей в турбулентном режиме проточной циркуляции активного ила или вертикальных мембранных модулей в ламинарном режиме эрлифтной циркуляции активного ила при периодической отмывке внутренней поверхности и пор мембран. Активный ил из аэробной зоны биореактора отводят и подают в обезвоживающий агрегат для его гидратации.

Способ обеспечивает повышение производительности биореактора и получение очищенных сточных вод с качеством, соответствующим нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного значения или вторичного использования в сельском хозяйстве.

Это техническое решение позволяет обеспечивать более высокие дозы активного ила и повышать стабильность процесса очистки сточных вод.

Недостатком известного способа является:

- необходимость отмывки пор и внутренней поверхности мембран, что усложняет и удорожает эксплуатацию биореактора;

- данный способ не позволяет обеспечить резистентность сообщества микроорганизмов к дезинфицирующим веществам, накапливающимся в активном иле в результате его концентрирования, и, в данном случае, невозможности реализовать очистку сточных вод по причине гибели биоценоза.

Известен способ биологической очистки сточных вод, содержащих биологически разлагаемые вещества, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому (патент РФ 2440307, оп. 20.01.2012), заключающийся в предварительной обработке сточных вод, содержащих нерастворимые механические примеси с сорбированными на них органическими веществами, в резервуаре предварительной аэрации, на вход которого из отстойника подают активный ил. Из резервуара предварительной аэрации сточные воды, содержащие чистые нерастворимые механические примеси, освобожденные от сорбированных на них органических веществ, и активный ил поступают на механическую очистку. Иловая жидкость, содержащая активный ил и перешедшие в раствор легкоусвояемые органические вещества, подают в биореактор с чередующимися по содержанию кислорода зонами при подаче в него воздуха, затем в отстойник, также содержащий зоны, разнородные по содержанию кислорода. Из отстойника активный ил возвращают в биореактор и резервуар предварительной аэрации с образованием замкнутого технологического цикла очистки сточных вод. Данное техническое решение принято за прототип.

Известный способ позволяет интенсифицировать и оптимизировать процесс очистки сточных вод, в том числе содержащих высокие концентрации органических веществ, в результате предварительного контакта сточных вод с активным илом в резервуаре предварительной аэрации.

Недостатком известного способа являются:

- отсутствие возможности нейтрализовать токсичное воздействие обеззараживающего вещества ЧАМС на биоценоз активного ила;

- отсутствие регенерации подаваемого в резервуар предварительной аэрации активного ила, что препятствует освобождению поверхности клеток микроорганизмов от ранее сорбированных загрязнений и соответственно снижает сорбционную и окислительную способность активного ила;

- отсутствие уплотнения активного ила, что препятствует созданию высоких доз активного ила в резервуаре;

- низкая степень очистки от органических соединений и биогенных элементов - азота и фосфора из-за отсутствия ступени доочистки, качество очищенной сточной воды не будет соответствовать требованиям на сброс в водоем рыбохозяйственного назначения;

- необходимость аэрации в резервуаре, в котором происходит первоначальный контакт активного ила из отстойника со сточными водами, что влечет дополнительные затраты на электроэнергию;

- в резервуаре предварительной аэрации формируется осадок, включающий помимо нерастворимых примесей, освобожденных от сорбированной на них органики и активный ил, что повлечет за собой неоправданно высокую стоимость обработки осадка.

Целью и техническими результатами заявляемого способа биологической очистки жидких отбросов, содержащих дезинфицирующее вещество ЧАМС и аналогичных ему совместно с хозяйственно-бытовыми и/или близкими к ним по составу производственными сточными водами, является:

- обеспечение возможности извлечение дезинфицирующего вещества ЧАМС и аналогичных ему из жидких отбросов;

- обеспечение возможности очистки жидких отбросов совместно с хозяйственно-бытовыми и/или близкими к ним по составу производственными сточными водами;

- сокращение объема аноксидной и аэробной зон аэротенка;

- повышение надежности работы очистных сооружений;

- обеспечение экологичности процесса очистки;

- снижение стоимости организации процесса очистки сточных вод.

Технические результаты достигаются тем, что в способе биологической очистки жидких отбросов, содержащих дезинфицирующее вещество ЧАМС и аналогичных ему совместно с хозяйственно-бытовыми и/или близкими к ним по составу производственными сточными водами, включающем стадию механической очистки жидких отбросов, стадию обработки жидких отбросов глубоко регенерированным и уплотненным активным илом, стадию разделения фаз с последующим фильтрованием фугата через ершовую загрузку, стадию объединения фильтрата с общим объемом хозяйственно-бытовых и/или близких к ним по составу производственных сточных вод в приемной камере канализационной насосной станции (далее - КНС), стадии обработки активным илом в гидравлически сообщенных аноксидной и аэробной зонах аэротенка, стадию доочистки с предшествующим ей разделением фаз во вторичном отстойнике. Способ включает также рециркуляцию иловой смеси со стадии аэробной обработки на стадию аноксидной, жидкие отбросы, содержащие дезинфицирующее вещество ЧАМС и аналогичные ему, направляют на механическую очистку, а затем в сорбционный смеситель или резервуар предварительной очистки, где их смешивают в соотношении 1:n, где n≥2 по объему с уплотненным илом, предварительно регененированным в течение 15-48 часов в зависимости от возраста ила, в илоуплотнителе доза ила составляет не менее 20 г/л концентрацию кислорода поддерживают 1-4 мг/л, достигаемую за счет аэрации иловой жидкости в аэробном стабилизаторе, дозу ила в котором поддерживают 5-12 г/л, из сорбционного смесителя или резервуара предварительной очистки иловую жидкость направляют на разделение твердой и жидкой фазы, жидкую фазу - фугат направляют на биофильтр с ершовой загрузкой, далее фильтрат направляют в камеру смешения КНС для объединения с хозяйственно-бытовыми и/или с близкими к ним по составу производственными сточными водами и, далее смесь направляют в аноксидную зону аэротенка для реализации процесса денитрификации, на эту стадию также направляют рециркулируемую иловую смесь из зоны аэрации аэротенка, в котором реализуют процесс нитрификации, на эту стадию также направляют циркулирующий активный ил из вторичного отстойника, доза ила на стадиях аноксидной и аэробной обработки составляет 2,5-5 г/л по сухому веществу, иловую смесь, из аэробной зоны аэротенка направляют во вторичный отстойник, надиловую жидкость из вторичного отстойника направляют на сооружения доочистки, циркулирующий ил направляют на аноксидную стадию аэротенка, избыточный активный ил направляют в регенератор.

Также на достижение технических результатов влияет то, что соотношение по объему жидких отбросов, содержащих дезинфицирующее вещество ЧАМС или аналогичное ему, прошедших механическую очистку и глубоко регенерированного уплотненного активного ила составляет 1:n, где n≥2.

Также на достижение технических результатов влияет то, что в сорбционном смесителе или резервуаре предварительной очистки перемешивание сточных вод осуществляют перемешивающим устройством, без аэрации.

Также на достижение технических результатов влияет то, что в сорбционный смеситель или резервуар предварительной очистки поступает глубоко регенерированный и уплотненный активный ил, насыщенный кислородом воздуха в аэробном стабилизаторе, и сохраняющим высокие концентрации кислорода до 1-4 мг/л в илоуплотнителе.

Также на достижение технических результатов влияет то, что фугат жидких отбросов (после пребывания в сорбционном смесителе или резервуаре предварительной очистки и разделения фаз) направляют в биофильтр с ершовой загрузкой, в котором реализуют процессы биосорбции и биоокисления.

Также на достижение технических результатов влияет то, что фильтрат смешивают с хозяйственно-бытовыми и/или близкими к ним по составу производственными сточными водами и далее направляют на биологическую очистку в аноксидную зону и затем в аэробную зону аэротенка, при этом циркуляционный ил из вторичного отстойника подают в аноксидную зону аэротенка, нитратсодержащую иловую смесь подают из аэробной зоны аэротенка в аноксидную зону.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при указанном виде регенерации активного ила наступает начало эндогенной фазы дыхания, что повышает его биосорбционную и окислительную активность с одновременным уменьшением объема активного ила, подаваемого в сорбционный смеситель или резервуар предварительной очистки в результате его повышения его концентрации в илоуплотнителе.

При соотношении по объему жидких отбросов, содержащих дезинфицирующее вещество ЧАМС или аналогичное ему, прошедших механическую очистку и глубоко регенерированного уплотненного активного ила 1:n, где n≥2 достигается наибольший эффект обезвреживания дезинфицированного вещества ЧАМС или аналогичных ему и снижение концентрации органических веществ и биогенных элементов.

При указанном способе перемешивания сточных вод и глубоко регенерированного избыточного ила экономится электроэнергия при обеспечении полной доступности загрязняющих веществ к поверхности активного ила.

При заявляемом способе поступающий в сорбционный смеситель или резервуар предварительной очистки регенерированный в течение 15-48 часов активный ил имеет дозу 20 г/л за счет уплотнения и обладает наибольшей сорбционно-окислительной активностью, при этом эффективность очистки по ЧАМС на этой стадии составляет не менее: 85%; ХПК 72-75%; азот аммонийный 60-70%, фосфаты 35-60%.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходные жидкие отбросы со следующими показателями: взвешенные вещества 1168-3157 мг/л; ХПК 13069-19999 мгО/л; БПК₅ 2991-5686 мгO₂/л; аммоний-ион 1656,0-2176,9 мг/л; фосфат-ион - 162,56-350,0 мг/л; ЧАМС 396 мг/л подают на стадию механической очистки и в усреднитель, при этом на стадии механической очистки и усреднения поступающих жидких отбросов происходит удаление грубых примесей и накопление жидких отбросов для возможности их равномерного последующего дозирования на следующую стадию, при этом с целью предотвращения загнивания отбросов и накопления в них в результате этого процесса восстановленных соединений серы, в усреднителе поступающие жидкие отбросы аэрируют.

На стадии обработки в сорбционном смесителе или резервуаре предварительной очистки жидкие отбросы обрабатывают в соотношении 1:n, где n≥2, глубоко регенерированным в течение 15-48 часов, насыщенным кислородом воздуха и уплотненным до влажности 98% активным илом, дозой 20 г/л по сухому веществу. На этой стадии осуществляются процессы сорбции дезинфицирующего вещества ЧАМС или аналогичных ему, сорбция и биодеградация и биотрансформация органических веществ и биогенных элементов, при этом нагрузка на активный ил по БПК₅ в среднем составляет 19 мг/г⋅ч. После этой стадии и стадии разделения фаз на шнековом сгустителе - обезвоживателе, фугат имеет следующие показатели: взвешенные вещества - 80-448 мг/л; ХПК - 2500-3168,3 мгО/л; БПК₅ - 579,4-1098 мгО₂/л; аммоний-ион - 552,1-856,0 мг/л; фосфат-ион - 130,0-261,0 мг/л; ЧАМС - 40-190 мг/л. На стадии фильтрования фугата через ершовую загрузку, происходит снижение взвешенных веществ и дополнительная очистка за счет биоокисления загрязняющих веществ иммобилизованным биоценозом, в фильтрате концентрация ЧАМС составляет 26 мг/л.

Фильтрат, предварительно очищенных жидких отбросов направляют на стадию смешения фильтрата с общим объемом хозяйственно-бытовых и или близких к ним по составу производственных сточных вод в приемной камере, в результате показатели загрязнений имеют следующие значения: Взвешенные вещества - 136 мг/л; ХПК - 1165 мгО/л; БПК₅ - 355 мгО₂/л; Азот аммонийный - 82 мг/л; Азот нитритный - 0,07 мг/л; Азот нитратный - 0,45 мг/л; Фосфат-ион - 33,5 мг/л; АПАВ - 5,9 мг/л; Нефтепродукты - 46, мг/л; Жиры - 74 мг/л; ЧАМС - следы. Смесь хозяйственно-бытовых и обработанных жидких отбросов в соотношении 25:1 из камеры смешения подают в аноксидную зону аэротенка, также в аноксидную зону аэротенка подают нитратсодержащию циркулируемую иловую смесь из аэробной зоны аэротенка, в которой реализуют процесс нитрификации, концентрация активного ила 2,5-5 г/л.

В аноксидной зоне аэротенка происходит биоокисление легкоразлагаемый органики и процесс денитрификации, после завершения процесса денитрификации иловую смесь подают на стадию аэробной обработки. На этой стадии, нагрузка на ил составляет менее 0,05 гБПК/гила сут, на стадии аэробной очистки реализуют процесс продленной аэрации и происходит глубокое окисление органических веществ и нитрификация.

После завершения стадии аэробной очистки иловую жидкость для разделения фаз подают во вторичный отстойник. Во вторичном отстойнике для повышения эффективности разделения фаз, установлены тонкослойные блоки, осевший активный ил разделяют на циркуляционный и избыточный. Циркуляционный активный ил направляют в аноксидную зону аэротенка. Избыточный активный ил направляют в регенератор, концентрация ила в котором 5-12 г/л, перемешивание иловой жидкости и насыщение ее кислородом производится воздухом, подаваемым воздуходувкой. Концентрация растворенного кислорода воздуха поддерживается 1-4 мг/л. Надиловую жидкость из вторичного отстойника направляют на сооружения доочистки (на этой стадии происходит также доочистка сточных вод и фосфора).

В результате осуществления способа качество очищенных сточных вод соответствуют нормам, предъявляемым к очищенным сточным водам, сбрасываемым в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Очищенная вода имеет следующий состав:

- взвешенные вещества - до 3,0 мг/л;

- ХПК - до 20 мгO₂/л;

- БПК₅ - до 3,0 мгO₂/л;

- азот аммонийный - до 0,32 мг/л;

- азот нитритный до 0,08 мг/л;

- азот нитратный до 9,0 мг/л;

- фосфат-ион - до 0,6 мг/л;

- АПАВ - до 0,5 мг/л;

- нефтепродукты - н/о;

- жиры - н/о; ЧАМС - н/о.

На фиг. 1 представлена технологическая схема реализации способа.

Заявленный способ реализован следующим образом: жидкие отбросы, подают в накопительную емкость №1, в которой установлено перемешивающее механическое устройство №2 и далее центробежным насосом подачи №3 перекачивают на механическую очистку, для чего предусматривается устройство фильтрующее самоочищающееся №4.

Далее механически очищенные жидкие отбросы подают в самотечном режиме в сорбционный смеситель или резервуар предварительной очистки №5, с перемешивающим устройством (миксер погружной) №17. В сорбционный смеситель или резервуар предварительной очистки №5 также поступают при помощи винтового насоса №16 глубоко регенерированный в регенераторе №6 с системой аэрации №7 в течение 26 часов и уплотненный в илоуплотнителе №8 избыточный активный ил, подаваемый в регенератор №6 из вторичного отстойника №14. Соотношение жидких отбросов и глубоко регенерированного активного ила из илоуплотнителя №8 поддерживают 1:2.

В сорбционном смесителе или резервуаре предварительной очистки №5 происходит нивелирование ингибирующих свойств жидких отбросов, содержащих дезинфицирующее вещество ЧАМС за счет сорбции ЧАМС поверхностью активного ила и биотрансформации органических веществ и биогенных элементов.

Из сорбционного смесителя или резервуара предварительной очистки №5 иловую жидкость винтовым насосом №19 подают в шнековый обезвоживатель осадка №11, далее фугат подают в биофильтр с ершовой загрузкой №12, в котором происходит биосорбция и биодеградация загрязняющих веществ, и далее, фильтрат с помощью центробежного погружного насоса №18 направляют в приемную камеру КНС №13, где смешивают с хозяйственно-бытовыми и производственными сточными водами, далее подают в аноксидную зону аэротенка №9, в которой реализуют процессы окисления легкоокисляемой органики и денитрификации и, далее, направляют в аэробную зону аэротенка №10, в которой реализуют процессы глубокого окисления органических веществ и нитрификации. Доза ила в аэротенке - 3,5 г/л по сухому веществу. Из аэробной зоны аэротенка №10 в аноксидную зону аэротенка №9 направляют нитрат-содержащий рециркуляционный поток, коэффициент рециркуляции составляет 5. Далее, иловую жидкость разделяют во вторичном отстойнике, оборудованном тонкослойными модулями №14, отстоянную биологически очищенную сточную воду направляют на доочистку в сооружение доочистки №15. Доочистка сточных вод позволяет удалить из сточных вод оставшиеся загрязнения. Качество очищенных сточных вод соответствуют требованиям качества сточных вод, сбрасываемых в водоемы рыбохозяйственного назначения (см. таблицу). Осевший во вторичном отстойнике №14 активный ил разделяют на циркуляционный ил, направляемый центробежным насосом №16 в аноксидную зону аэротенка №9, избыточный активный ил направляют тем же насосом №16 в регенератор №6 с системой аэрации №7.

В таблице представлены результаты анализов жидких отбросов и сточных вод по этапам очистки.

Ниже приведен пример реализации способа.

В аэропорту «Шереметьево» имеются очистные сооружения по очистке хозяйственно-бытовых сточных вод, после поступления на эти очистные сооружения от биотуалетов самолетов жидких отбросов, представляющих собой высококонцентрированные по органическим веществам азоту и фосфору жидкую субстанцию, содержащую дезинфицирующее вещество (ЧАМС), биоценоз активного ила был ингибирован, в результате чего эксплуатация очистных сооружений стала невозможной.

Для предотвращения токсичного воздействия жидких отбросов, на работу очистных сооружений был внедрен заявляемый способ что позволило исключить негативное воздействие на биоценоз активного ила станции биохимической очистки, стабилизировать работу очистных сооружений, сделать ее надежной и экологичной.