Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод

Предлагаемая установка относится к области биохимической очистки высоконцентрированных сточных вод, содержащих органические загрязнения, и может быть использована для глубокой очистки производственных сточных вод спиртовых, сахарных, дрожжевых заводов, предприятий пищевой и химико-фармацевтической промышленности, в микробном и химическом синтезе.

Установка содержит приемную емкость-усреднитель 1, узел анаэробной очистки, включающий по крайней мере, один анаэробный 3 биореактор, узел анаэробной очистки, включающий, по крайней мере, один аэробный биореактор 10 с узлом аэрации. Биореакторы 3 и 10, имеют однотипную конструкцию, которая включает цилиндрический корпус с расположенной внутри коаксиальной перегородкой 21 с глухим днищем, разделяющей корпус на сообщающиеся между собой внутреннюю камеру сорбции 22 с псевдоожиженным слоем иммобилизованной микрофлоры и периферийную камеру осветления 23 с фильтрующей загрузкой 24. В верхней части корпуса установлен тонкослойный радиальный отстойник 25 и сборник избыточного активного ила 26, водосборный коллектор 27 для отвода осветленной циркуляционной воды, соединенный трубопроводом с входом биореактора, и газоотводное устройство, в нижней части корпуса расположен водосборный коллектор 28 для отвода отфильтрованной воды. Каждый биореактор снабжен водораспределительной камерой 4 соединенной трубопроводом с коллектором для отвода отфильтрованной воды и установленной на уровне коллектора для отвода осветленной циркуляционной воды и снабженной вертикальной, не доходящей до верха перегородкой 5 и газоотводным устройством. Установка содержит также два теплообменника 2 и 9, установленные с возможностью отключения из циркуляционного контура на трубопроводах для циркуляционной осветленной воды из узлов анаэробной и аэробной очистки, узел обеззараживания, узел обработки избыточного активного ила и технологические трубопроводы.

Предложенная установка позволяет обеспечить, благоприятный температурный режим для жизнедеятельности микроорганизмов при любых изменениях погодных условий и очистить сточные воды с исходными показателями БПК-5, мг O²/дм³ более 3400 и ХПК, мг/дм³ более 9500 до БПК-5, мг О₂/дм³ не более 2 и ХПК, мг/дм³ 15-30. Общее время операции составляет не более 6 часов. 7 з.п.ф. 1 рис.

Полезная модель относится к области биохимической очистки высоконцентрированных сточных вод, содержащих органические загрязнения, и может быть использована при очистке производственных сточных вод спиртовых, сахарных, дрожжевых заводов, предприятий пищевой и химико-фармацевтической промышленности, в микробном и химическом синтезе.

Известна установка для биологической очистки сточных вод от органических и взвешенных соединений, включающая гидравлически связанные друг с другом анаэробный биореактор, содержащий зону гравитационного разделения примесей с осаждением тяжелых и выделением всплывающих веществ, и зону с инертной волокнистой загрузкой, аэробный биореактор, содержащий зону с взвешенным слоем активного ила, зону загрузки с прикрепленными микроорганизмами и зону с инертной загрузкой, устройство для сбора осветленной воды, устройство для перекачивания избыточного активного ила из аэробного в анаэробный биореактор и устройство для обеззараживания (RU 2170710, C02F 3/30, 2001).

Недостатком этой установки является большая продолжительность процесса и низкое качество очистки сточных вод.

Известна установка для глубокой биологической очистки сточных вод, включающая трубопроводы подачи воды на очистку и отвода очищенной и обеззараженной воды, систему пневматической аэрации и установленные последовательно анаэробный биореактор, аэробный биореактор, отстойник, снабженный эрлифтом с трубопроводом рециркуляции активного ила, биореактор доочистки с загрузкой для прикрепленной микрофлоры и устройство обеззараживания, причем анаэробный биореактор выполнен с пирамидальным дном для сбора осадка и снабжен трубопроводом отвода осадка, а также центральной не доходящей до дна цилиндрической перегородкой, образующей камеру биосорбции, лотком с регулируемым водосливом и загрузкой для прикрепленной микрофлоры, расположенной по периферии центральной цилиндрической перегородки. При этом камера биосорбции снабжена аэратором, а аэробный биореактор снабжен струенаправляющей перегородкой, отстойник выполнен с пирамидальным дном для сбора активного ила и снабжен на входе струенаправляющей перегородкой и блоком тонкослойных элементов в верхней части, трубопровод рециркуляции активного ила соединен с камерой биосорбции и аэробным биореактором, а трубопровод подачи воды на очистку соединен с камерой биосорбции анаэробного биореактора (полезная модель RU 29928, C02F 3/30, 2003).

Недостатком данной установки является сложность конструктивного выполнения, большая продолжительность процесса очистки и не большая мощность.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является установка для биологической очистки сточных вод, концентрированных по органическим загрязнениям, включающая, последовательно установленные емкость-усреднитель, анаэробный биореактор с узлом принудительного перемешивания, второй анаэробный реактор с загрузкой для иммобилизованной микрофлоры, узел обработки избыточной биомассы, устройство аэробной биологической очистки и устройство обеззараживания. Причем устройство аэробной биологической очистки выполнено в виде двух последовательно установленных однотипных аэробных биореакторов, содержащих центральную аэрационную зону с загрузкой для прикрепленной микрофлоры, периферийную аэрационную зону и отстойную зону с тонкослойными модулями и периферийными лотками для отвода осветленной воды, расположенными в верхней части отстойной зоны (полезная модель RU 23437, C02F 3/30, 2002).

Недостатком данной установки является сложность конструкции, большая продолжительность процесса очистки сточных вод и низкая производительность.

Известно, что на процессы биологической очистки сточных вод наряду с фазовым и химическим составом сточных вод, значением рН среды, наличием токсичных веществ, гидродинамическим режимом, также оказывает влияние и температурный режим. Основными факторами, оказывающими влияние на биологическую очистку сточных вод, являются температуры исходных сточных вод и наружного воздуха. Средняя температура сточных вод в городах России в холодное время года колеблется в пределах 9-17°С, что приводит к замедлению или полному прекращению процесса биохимической очистки сточных вод. В летнее время высокие температуры сточных вод и воздуха и прямые солнечные лучи способствуют повышению температуры обрабатываемых стоков выше 36°С, что также отрицательно сказывается на скорости процесса очистки. Для наиболее эффективного проведения процесса биологической очистки требуется соблюдение температурного режима в пределах 30-35°С.

Общим недостатком всех описанных установок является невозможность обеспечения благоприятного температурного режима для жизнедеятельности микроорганизмов при изменении погодных условий, особенно в холодное время года, что отрицательно сказывается на скорости прироста биомассы и производительности установки в целом.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является упрощение конструкции, повышение производительности установки с обеспечением высокой степени очистки сточных вод и снижение продолжительности процесса.

Указанная задача решается тем, что в установке, содержащей приемную емкость-усреднитель, узел анаэробной очистки, включающий, по крайней мере, один анаэробный биореактор, узел аэробной очистки, включающий, по крайней мере, один аэробный биореактор и аэрирующее устройство, узел обеззараживания, узел обработки избыточного активного ила и технологические трубопроводы, согласно изобретению анаэробный и аэробный биореакторы, имеют однотипную конструкцию, включающую цилиндрический корпус с расположенной внутри коаксиальной перегородкой с глухим днищем, разделяющей корпус на сообщающиеся между собой внутреннюю камеру сорбции с псевдоожиженным слоем иммобилизованной микрофлоры и периферийную камеру осветления с фильтрующей загрузкой, в верхней части корпуса расположены тонкослойный радиальный отстойник, сборник избыточного активного ила, водосборный коллектор для отвода осветленной циркуляционной воды, соединенный трубопроводом с входом биореактора, и газоотводное устройство, в нижней части корпуса расположен водосборный коллектор для отвода отфильтрованной воды, каждый биореактор снабжен водораспределительной камерой, соединенной трубопроводом с коллектором для отвода отфильтрованной воды и установленной на уровне коллектора для отвода осветленной циркуляционной воды и снабженной вертикальной, не доходящей до верха перегородкой и газоотводным устройством, установка дополнительно содержит два теплообменника, установленные с возможностью отключения из циркуляционного контура на трубопроводах для циркуляционной осветленной воды узлов анаэробной и аэробной очистки.

При этом:

- сборник избыточного активного ила узла аэробной очистки соединен трубопроводом с емкостью-усреднителем;

- аэрирующее устройство установлено на трубопроводе для осветленной циркуляционной воды узла аэробной очистки и включает эжектор и сатуратор;

- узел обеззараживания содержит два последовательно установленных озонатора, причем, по крайней мере, один из них снабжен фильтром для очистки воды;

- установка содержит дополнительный озонатор, установленный на выходе из узла анаэробной очистки;

- сборник избыточного активного ила узла анаэробной очистки соединен трубопроводом с узлом обработки избыточного активного ила;

- установка дополнительно содержит камеру дегазации, установленную после узла обеззараживания;

- в качестве фильтрующей загрузки в биоректорах используют гравий, кварцевый песок, гидроантрацит и дробленый керамзит, уложенные послойно.

На фиг.1 представлена технологическая схема предлагаемой установки.

Установка содержит последовательно установленные и гидравлически связанные между собой приемную емкость-усреднитель 1, служащую для выравнивания концентрации и температуры поступающих сточных вод, снабженную погружным насосом и сигнализатором уровня, теплообменник 2, узел анаэробной очистки, включающий, по крайней мере, один анаэробный биореактор 3, с водораспределительной камерой 4, которая представляет собой цилиндрическую емкость, снабженную вертикальной, не доходящей до верха перегородкой 5, делящей камеру на две части, и газоотводным устройством, для удаления остаточного биогаза, образующегося в процессе брожения, озонатор 6, сатуратор 7 с эжектором 8, второй теплообменник 9, узел аэробной очистки, включающий, по крайней мере, один аэробный биореактор 10 с водораспределительной камерой 11, озонатор 12 первой ступени обеззараживания и озонатор 13 второй ступени обеззараживания, снабженный фильтром для очистки от остаточных органических загрязнений, дегазатор 14. Установка также содержит насос 15 для подачи сточной воды из емкости-усреднителя 1 в анаэробный биореактор 3, насос 16 для циркуляционной осветленной воды узла анаэробной очистки, насос 17 для подачи воды, прошедшей анаэробную очистку в аэробный биореактор 10, насос 18 для циркуляционной осветленной воды узла аэробной очистки. Установка содержит узел обработки избыточного активного ила, поступающего с узла анаэробной очистки, включающий илоуплотнитель 19, представляющий собой цилиндрическую емкость с коническим днищем, и центрифугу 20.

Анаэробный и аэробный биореакторы 3 и 10 имеют однотипную конструкцию, которая включает цилиндрический корпус с расположенной внутри коаксиальной перегородкой 21 с глухим днищем. Перегородка разделяет корпус на сообщающиеся между собой внутреннюю камеру сорбции 22 с псевдоожиженным слоем иммобилизованной микрофлоры и периферийную камеру осветления 23 с фильтрующей загрузкой 24. В верхней части корпуса установлен тонкослойный радиальный отстойник 25 и сборник избыточного активного ила 26, выполненный в виде воронки. В качестве загрузки биофильтра могут быть использованы уложенные послойно гравий крупностью 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм, кварцевый песок крупностью 0,8-1,2 мм, 1,5-4 мм, 2-5 мм гидроантрацит А крупностью 4-6 мм или дробленый керамзит. Биореакторы включают также верхний водосборный коллектор 27 для вывода осветленной циркуляционной воды и нижний коллектор 28 для вывода отфильтрованной воды. Биореакторы снабжены газоотводным устройством для отвода биогаза, образующегося в процессе жизнедеятельности микроорганизмов. Установка снабжена трубопроводом 29 для циркуляционной осветленной воды узла анаэробной очистки, трубопроводом 30 для циркуляционной осветленной воды узла аэробной очистки, трубопроводом 31 для подачи отфильтрованной воды в водораспределительную камеру 4, трубопроводом 32 для отвода избыточного анаэробного ила в осадительную емкость 19. Узел аэробной очистки снабжен трубопроводом 33 для отвода избыточного аэробного ила в емкость-усреднитель 1. Вход анаэробного биореактора 3 соединен с емкостью-усреднителем 1 подающим трубопроводом 34, а вход аэробного реактора 10 соединен подающим трубопроводом 36 с озонатором 6 и сатуратором 7. На циркуляционном трубопроводе 30 установлен циркуляционный насос 35. Теплообменники 2 и 7 установлены на трубопроводах 29 и 30 для циркуляционной осветленной воды узлов анаэробной и аэробной очистки и дополнительно имеют обводные трубопроводы с запорной арматурой, позволяющей при необходимости исключать их из циркуляционного контура.

В зависимости от требуемой мощности установки узлы анаэробной и аэробной очистки могут содержать по два и более биореактора анаэробной и аэробной очистки с водораспределительными камерами, работающих параллельно и имеющих общую циркуляционную систему для осветленной воды.

Установка работает следующим образом.

Сточные воды с участка переработки спиртового производства и хозяйственно-бытовые, прошедшие очистку от крупных механических примесей, поступают в емкость-усреднитель 1, где они перемешивается (усредняются), в емкость 1 по трубопроводу 33 также подается возвратный активный ил с узла аэробной очистки (это необходимо для того, чтобы снять «барьер» из трудноокисляемых органических веществ перед метаногенными бактериями, создать благоприятные условия для их развития, повысить стабильность работы анаэробного реактора, снизить вынос анаэробного ила из системы очистки и повысить качество очищенной воды. Уровень воды в емкости 1 контролируется с помощью сигнализаторов уровня. Благодаря присутствию активного ила в емкости 1 происходит первая стадия очистки - кислое брожение. Из емкости 1 усредненные и прошедшие первую стадию очистки сточные воды при помощи насоса 15 по трубопроводу 34 подаются в анаэробный биореактор 3.

Уровень воды в анаэробном биореакторе 3 поддерживается с помощью водораспределительной камеры 4 в которой установлены сигнализаторы уровня. Анаэробный биореактор 3 работает следующим образом. Сточная вода поступает по трубопроводу 34 в камеру сорбции 22. Под воздействием восходящего потока подаваемой воды, происходит псевдоожижение слоя загрузки из иммобилизованной микрофлоры, где за счет адсорбции растворенных в воде загрязнений поверхностью зашрузки (активированным углем) и микроорганизмами активного ила, закрепленными на ней, происходит процесс изъятия органических загрязнений из сточной вод и их разрушение с образованием нетоксичных продуктов распада.

При дальнейшем движении снизу вверх вода из камеры сорбции 22 попадает в тонкослойный радиальный отстойник 25, где при тонкослойном разделении происходит эффективное осветление воды. Избыточная осветленная вода собирается верхним водосборным коллектором 27 и по трубопроводу 29 подается на рециркуляцию в трубопровод 34. Необходимая скорость воды поддерживается циркуляционным насосом 16. При необходимости подогрева или охлаждения воды, поступающей в биореактор, для поддержания благоприятного для деятельности микроорганизмов температурного режима (28-36°С), циркуляционную осветленную воду до подачи в трубопровод 34 пропускают через теплообменник 2, который или обогревается отработанной лютерной водой, обычно имеющей температуру 80-90°С или охлаждается захоложенной технической водой. Температура, объемный расход и рН сточной воды, подаваемой из емкости 1 на анаэробную очистку, контролируются и при необходимости корректируются. Если нет необходимости в подогреве или охлаждении обрабатываемых сточных вод, теплообменник при помощи запорной арматуры отключается из циркуляционного контура, в этом случае осветленная циркуляционная вода поступает сразу поступает в трубопровод 34. Многократная циркуляция осветленной воды совместно со сточными водами обеспечивает более высокую степень очистки.

Осадок, оседающий на полках тонкослойного модуля 25 сбрасывается в камеру 22 сорбции, на вторичное окисление диспергированных загрязнений биологическим путем. За счет противоточного движения смеси воды и микроорганизмов, двигающихся вверх, и осадка, двигающегося по полке модуля 25 вниз, происходит соударение частиц микроорганизмов, диспергированных в воде, их укрупнение (биофлокуяция) и более интенсивное выделение вниз, в осадок, в камеру сорбции 22. Избыточный активный ил из тонкослойного радиального отстойника 25 улавливается сборником 26 и по трубопроводу 32 подается в илоуплотнитель 19. Осевший ил собирается в нижней части илоуплотнителя 19, а осветленная вода возвращается в циркуляционный контур (на схеме не показано). Из илоуплотнителя 19 по мере его наполнения осадок активного ила подается в осадительную центрифугу 20. Фугат и промывные воды из центрифуги 20 сливаются в емкость-усреднитель 1. Осадок анаэробного ила из центрифуги 20 подается на иловые карты. Анаэробный ил является стабилизированным и может быть использован в качестве удобрения.

Осветленная вода из тонкослойного модуля 25 попадает для дальнейшей очистки в камеру 23 на фильтрующую загрузку 24. Здесь происходит глубокое удаление из воды тонкодиспергированных, подвергнутых предварительной биофлокуляции взвешенных веществ. Отфильтрованная вода по трубопроводу 31 поступает в водораспределительную камеру 4, которая снабжена газоотводным устройством для удаления из биогаза, образовавшегося в процессе анаэробного брожения, и служит для выравнивания гидравлического потока. Из водораспределительной камеры 4, очищенная вода поступает в озонатор 6 для первичного обеззараживания и уничтожения анаэробных бактерий, и затем по трубопроводу 36 подается на вход аэробного биореактора 10, в котором движение потоков очищаемой воды осуществляется аналогично происходящему в анаэробном биореакторе 3. Но при этом, осветленная циркуляционная вода, отводится коллектором 27 в циркуляционный трубопровод 30, и насосом 35 направляется в узел аэрации в виде последовательно установленных эжектора 8 и сатуратора 7, для насыщения воды кислородом воздуха, затем насосом 18 подается в трубопровод 35, где смешивается с потоком воды из узла анаэробной очистки и подается в аэробный биореактор 10. При необходимости подогрева и охлаждения циркуляционной воды ее до подачи в узел аэрации пропускают через теплообменник 9. Размещение узла аэрации на трубопроводе для осветленной циркуляционной воды способствует многократной циркуляции кислорода воздуха совместно с очищаемыми водами и позволяет довести коэффициент использования кислорода воздуха до 20% (теоретически возможно использование до 30%).

Избыточный активный ил из анаэробного биореактора по трубопроводу 33 подается в приемную емкость-усреднитель 1. Биогаз, получаемый в процессах анаэробной и аэробной очистки, сбрасывается в общий коллектор (на схеме не показан).

Сточные воды, прошедшие аэробную очистку, проходят далее через водораспределительную камеру и поступают на узел обеззараживания, который содержит два последовательно установленных озонатора 12 и 13, причем второй озонатор 13 снабжен фильтром для доочистки от остаточных загрязнений. В предложенной установке использовали реактор напорного озонирования воды РОВ-1-6 и генератор озона ТМ -100.

При озонировании обеспечивается не только обеззараживание, но и глубокая очистка воды от органических и минеральных соединений и взвешенных веществ. Напорное озонирование обеспечивает окисление остаточных органических соединений, сконцентрированных адсорбцией на поверхности адсорбента (активированный уголь) и регенерацию угля озоно-воздушной смесью без выемки его из аппарата.

Очищенная вода из озонатора 13 поступает в дегазатор 14, для удаления избыточного озона и кислорода, затем сливается по трубопроводу в водоприемник.

Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень очистки и обезвредить различные токсичные соединения, т.к. озон является одним из наиболее сильных окислителей, уничтожающих бактерии, споры и вирусы. Несомненным преимуществом озонирования является и то, что одновременно с обеззараживанием происходит обесцвечивание воды, а также ее дезодорация и улучшение вкусовых качеств. Озон не изменяет природные свойства воды, так как его избыток (не прореагировавший озон) через несколько минут превращается в кислород.

Предложенная установка позволяет очистить сточные воды с исходными показателями БПК-5, мг О₂ /дм³ более 3400 и ХПК, мг/дм³ более 9500 до БПК-5, мг O₂/дм³ не более 2 и ХПК, мг/дм ³ 15-30. Общее время операции очистки составляет не более 6 часов.

1. Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод, содержащая приемную емкость-усреднитель, узел анаэробной очистки, включающий, по крайней мере, один анаэробный биореактор, узел аэробной очистки, включающий, по крайней мере, один аэробный биореактор и устройство аэрации, узел обеззараживания, узел обработки избыточного активного ила и технологические трубопроводы, отличающаяся тем, что анаэробный и аэробный биореакторы имеют однотипную конструкцию и содержат цилиндрический корпус с расположенной внутри коаксиальной перегородкой с глухим днищем, разделяющей корпус на сообщающиеся между собой внутреннюю камеру сорбции с псевдоожиженным слоем иммобилизованной микрофлоры и периферийную камеру осветления с фильтрующей загрузкой, в верхней части корпуса расположены тонкослойный радиальный отстойник, сборник избыточного активного ила, водосборный коллектор для отвода осветленной циркуляционной воды, соединенный трубопроводом с входом биореактора, и газоотводное устройство, в нижней части корпуса расположен водосборный коллектор для отвода отфильтрованной воды, каждый биореактор снабжен водораспределительной камерой, соединенной трубопроводом с коллектором для отвода отфильтрованной воды и установленной на уровне коллектора для отвода осветленной циркуляционной воды и снабженной вертикальной не доходящей до верха перегородкой и газоотводным устройством, установка дополнительно содержит два теплообменника, установленные с возможностью отключения из циркуляционного контура на трубопроводах для циркуляционной осветленной воды из узлов анаэробной и аэробной очистки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сборник избыточного активного ила узла аэробной очистки соединен трубопроводом с емкостью-усреднителем.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что аэрирующее устройство установлено на трубопроводе для осветленной циркуляционной воды узла аэробной очистки.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что аэрирующее устройство включает эжектор и сатуратор.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел обеззараживания содержит два последовательно установленных озонатора, причем, по крайней мере, один из них снабжен фильтром для очистки воды.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит озонатор, установленный на выходе из узла анаэробной очистки.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит камеру дегазации, установленную на выходе из узла обеззараживания.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве фильтрующей загрузки используют гравий, кварцевый песок, гидроантрацит и дробленый керамзит, уложенные послойно.