Способ удаления фосфора из сточной жидкости

Изобретение относится к области очистки фосфорсодержащих сточных вод и может быть использовано для очистки городских стоков и стоков предприятий пищевой промышленности, а также животноводческих и птицеводческих комплексов с последующим их сбросом в водоем.

Известен способ извлечения из сточных вод фосфатов и связанного фосфора (патент РФ №2034795 С1, 1995 г., C02F 1/58) путем их обработки алюмосодержащим коагулянтом и флокулянта. Коагулянт представляет собой стабилизированный щелочью раствор глинозема, полученный путем щелочного растворения боксита или травлением алюминия.

Недостатком этого способа является низкий эффект удаления фосфатов, образование осадка, непригодного для дальнейшего использования в качестве органоминерального удобрения, высокая плата за размещение химического осадка на специализированном полигоне.

Известен также способ очистки сточных вод от фосфатов (Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. М.: Стройиздат, 1981, стр. 297-299), заключающийся в известковании сточной жидкости с повышением рН до 10,5-11, при котором возможно снижение фосфатов до ПДК (0,6 мг/л по РO₄^3-).

Недостатком этого способа является образование большого количества химического осадка, подлежащего вывозу с площадки очистных сооружений канализации, высокие эксплуатационные затраты на его транспортировку к месту размещения. Например, при расходе очищаемой сточной жидкости 100 тыс.м³/сут за сутки дополнительно будет образовываться осадка: 40 т по сухому веществу и 800 м³ в пересчете на влажность 95%.

Наиболее близким по технической сущности и заявляемому изобретению является способ удаления фосфора из сточной жидкости (патент РФ №2276108, 2006 г., C02F 3/30), включающий механическую, биологическую, физико-химическую очистку сточной жидкости с возвратом уплотненного активного ила, обедненного фосфором, из илоуплотнителя-дефосфатизатора в аэротенк, где происходит восполнение потерянного им в илоуплотнителе-дефосфотизаторе фосфора, а иловая вода из илоуплотнителя-дефосфотизатора, обогащенная РO₄^3-, направляется на стадию физико-химической очистки, затем сбрасывается перед первичными отстойниками для повторной очистки.

Недостатками этого способа являются дополнительные затраты на строительство узла дефосфатирования активного ила, расход большого количества реагента для связывания свободных ион-фосфатов в труднорастворимую соль, образование большого количества химического осадка, высокие затраты на его вывоз и размещение на специализированных полигонах, возможность развития в аэротенках процесса «вспухания» активного ила в случае чрезмерного удаления фосфора из клеток микроорганизмов на стадии дефосфатирования.

Задачами заявляемого изобретения являются:

- снижение концентрации фосфатов в сточной жидкости;

- снижение общих затрат на приобретаемые реагенты;

- снижение эксплуатационных затрат на вывоз с площадки очистных сооружений канализации химического осадка за счет резкого сокращения его объема;

- использование осадка в качестве органоминерального удобрения;

- снижение общей жесткости воды, сбрасываемой в водоем.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе удаления фосфатов из сточных вод сточная жидкость проходит механическую, биологическую, физико-химическую очистку с возвратом обедненного фосфором уплотненного активного ила, обедненного фосфором из илоуплотнителя-дефосфотизатора, в аэротенк, согласно изобретению на стадии физико-химической очистки иловой воды из илоуплотнителя-дефосфотизатора производится введение комплекса реагентов, а именно: извести из соотношения Р:Са²⁺=(1-1,5) и едкого натра в количестве, обеспечивающем повышение рН до 10,5-11, и для ускорения процесса кристаллизации труднорастворимой соли ортофосфорной кислоты подается воздух в количестве 1-2 м³ на 1 м³ сточной жидкости.

Труднорастовримые соли ортофосфорной кислоты щелочно-земельных металлов [Са₅ОН(РO₄)₃ или MgNH₄PO₄⋅6H₂O] образуются только при высоких значениях рН (10,5-11), а высокие значения рН можно обеспечить либо введением большого количества извести, либо введением предлагаемого комплекса, например, СаО+NaOH. Если при использовании извести образуется большое количество осадка за счет инертных частиц, присутствующих в этом реагенте, то ее замена на предлагаемый комплекс СаО+NaOH обеспечивает повышение рН до необходимых значений и резко сокращает объем химического осадка, так как ввод едкого натра не приводит к образованию осадка.

На фиг. 1 представлена общая схема узла физико-химической очистки стоков, предназначенная для снижения фосфатов (РO₄^3-) с 10-20 мг/л до 0,4-0,6 мг/л при их сбросе в водоем.

Схема удаления фосфора из сточной жидкости включает: сточная жидкость (1); первичный отстойник (2); осветленная сточная жидкость (3); аэротенк (4); иловая смесь (5); вторичный отстойник (6); биологически очищенная сточная жидкость (7); илоуплотнитель-дефосфотизатор (8); неуплотненный активный ил (15); смеситель (9); иловая вода, обогащенная ионами РO₄^3-, (18); отстойник физико-химической очистки (10); воздух (11); известь (12); раствор едкого натра NaOH (13); флокулянт (14); питательный субстрат (16); уплотненный активный ил, обедненный ионами РO₄^3-, (17); циркулирующий активный ил (20); избыточный уплотненный активный ил (19); сырой осадок (23); химический осадок (21); иловая вода, обедненная фосфатами, (22).

Способ очистки сточных вод от фосфатов осуществляется следующим образом.

Сточная жидкость (1) с содержанием фосфатов 10-20 мг/л (по РO₄^3-), пройдя механическую очистку, поступает в первичные отстойники (2), где происходит ее осветление. Далее осветленная сточная жидкость (3) подается в аэротенк (4), где она подвергается биологической очистке благодаря бактериям, простейшим и микроскопическим животным, обитающим в активном иле. Для существования активного ила в аэротенк (4) подается воздух (11), после чего иловая смесь (5) направляется во вторичный отстойник (6), где происходит ее разделение на биологически очищенную сточную жидкость (7) и неуплотненный активный ил (15). Биологически очищенная сточная жидкость (7) направляется на дальнейшую очистку или сбрасывается в водоем, а неуплотненный активный ил (15) из вторичных отстойников (6) подается в илоуплотнитель-дефосфатизатор (8). В уплотнителе-дефосфотизатаре (8) благодаря длительному нахождению (5-24 часа) протекают два процесса: уплотнение и дефосфатирование. Процесс дефосфатирования сопровождается выделением из живых клеток бактерий в окружающую среду ион-фосфатов (РО₄^3-). При необходимости осуществляется ввод питательного субстрата (16) в виде кислот карбонового ряда, например уксусной. Также в процессе уплотнения активного ила происходит высвобождение ионов Са²⁺ и Mg²⁺ за счет разрушения живых клеток микроорганизмов активного ила и выхода из клеток макроэлементов. Иловая вода, обогащенная ионами РO₄^3-, (18), а также ионами Са²⁺ и Mg²⁺, и содержащая небольшое количество частиц активного ила поступает в смеситель (9), куда вводятся воздух (11), известь (12) в сочетании с едким натром (13). Ввод извести необходим для образования труднорастворимых кристаллов ортофосфорной кислоты, а ввод едкого натра требуется для повышения рН до значений 10,5-11; при таких значениях обеспечивается практически 100% связывания свободных ион-фосфатов в труднорастворимые соли кальция или магния. Ввод флокулянта (14), например ВПК-402, Zetag, ПАА, способствует максимальному осаждению кристаллов и частиц активного ила. Перемешивание воздухом (11) необходимо как для смешения реагентов (12, 13) и флокулянта (14) со сточной жидкостью, так и создания благоприятных условий для протекания процессов кристаллизации труднорастовримых солей кальция Са₅ОН(РO₄)₃ или магния MgNH₄PO₄⋅6H₂O. Из смесителя (9) смесь иловой воды, обогащенной ионами РO₄^3- (18), с реагентами (12, 13) и флокулянтом (14) поступает в отстойник физико-химической очистки (10), где происходит осаждение кристаллов и частиц активного ила. Образующийся химический осадок (21) после обезвоживания может использоваться в качестве низкосортного удобрения для выращивания сельскохозяйственных культур или для озеленения в садово-парковом хозяйстве. Иловая вода, обедненная ионами РO₄^3-, (22) сбрасывается перед первичными отстойниками (2) для повторной очистки. Качество иловой воды, обедненной ионами РO₄^3-, (18) до и после физико-химической очистки представлено в таблице 1.

Уплотненный активный ил (17), обедненный ионами РO₄^3-, выгружается из илоуплотнителя-дефосфатизатора (8). Большая его часть, а именно циркулирующий активный ил (20), возвращается в аэротенк (4), где при наличии растворенного кислорода и достаточного количества питательного субстрата, присутствующего в сточной жидкости (3), начинает поглощать фосфор из сточной жидкости, а избыточный уплотненный активный ил (19) направляется на обработку, после которой может использоваться в сельском хозяйстве.

Использование заявляемого способа удаления фосфора из сточной жидкости позволяет добиться высокого эффекта удаления фосфора из сточной жидкости (93-95%), резко снизить эксплуатационные затраты за счет сокращения количества расходуемых реагентов и объема образующегося осадка, а также исключения затрат на размещение осадка на специализированном полигоне, так как образующийся осадок можно использовать в качестве низкосортного органоминерального удобрения. Также повышается качество очищенной сточной жидкости, сбрасываемой в водоем, благодаря снижению жесткости на 20-30%, так как находящиеся в сточной жидкости ионы Са²⁺ и Mg²⁺ связываются в труднорастворимую соль со свободными ион-фосфатами (РO₄^3-).

Способ удаления фосфатов из сточной жидкости, включающий механическую, биологическую, физико-химическую очистку с возвратом уплотненного активного ила, обедненного фосфором, из илоуплотнителя-дефосфатизатора в аэротенк, отличающийся тем, что на стадии физико-химической очистки иловой воды из илоуплотнителя-дефосфатизатора производится введение комплекса реагентов, а именно: извести из соотношения P:Ca²⁺=(1-1,5) и едкого натра в количестве, обеспечивающем повышение pH до 10,5-11, и для ускорения процесса кристаллизации труднорастворимой соли ортофосфорной кислоты подается воздух в количестве 1-2 м³ на 1 м³ сточной жидкости.