Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД АКТИВНЫМ ИЛОМ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД АКТИВНЫМ ИЛОМ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД АКТИВНЫМ ИЛОМ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: 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. Устройство для аэробной биологической очистки сточных вод активным илом содержит биофильтр с насадкой, лоток подачи сточной жидкости, аэротенк с аэраторами, вторичный отстойник со слоем оседающего активного ила, рециркуляционный насос и трубопровод возвратного активного ила. Биофильтр выполнен в виде поплавка с насадкой, размещенного в верхней части коридоров аэротенка. Поплавки с насадкой размещены вдоль барботеров аэраторов, над факелами водовоздушного потока, образованного барботерами. Поплавки с насадкой обеспечивают наличие от 0,1 до 0,3 части прикрепленных микроорганизмов от общей биомассы биоценоза. Биофильтр затоплен в аэротенке. Поплавки закреплены в объеме аэротенка с помощью шнуров и канатов, при этом они оборудованы пригрузами и пустыми герметичными трубами. Технический результат: увеличение степени очистки сточной жидкости, в том числе и от соединений аммонийного азота и трудноокисляемых органических веществ, а также упрощение конструкции, снижение нагрузок на конструктивные элементы, снижение эксплуатационных затрат на перекачку биофильтровой смеси. 2 з.п.ф-лы, 10 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2172300
Класс(ы) патента: C02F3/00, C02F3/00, C02F101:16, C02F101:30
Номер заявки: 99116408/12
Дата подачи заявки: 29.07.1999
Дата публикации: 20.08.2001
Заявитель(и): Куликов Николай Иванович (UA)
Автор(ы): Куликов Николай Иванович (UA); Куликова Елена Николаевна (UA); Приходько Людмила Николаевна (UA); Зубов М.Г. (RU)
Патентообладатель(и): Куликов Николай Иванович (UA)
Описание изобретения: 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 xакт/xобщ= 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 (Ri) и увеличения гидравлической нагрузки qssa на вторичный отстойник 11 в соответствии с зависимостью СНиП 2.04.03-85

где kss - коэффициент использования объема зоны отстаивания вторичного отстойника; Hset - рабочая глубина вторичного отстойника; Ji - иловый индекс, см3/г; ai - концентрация активного ила, г/л; at - вынос взвешенных веществ из вторичного отстойника, мг/л.
Очевидно, что при уменьшении Ji в 2-3 раза (фиг. 5) достаточно существенно (на 15-40%) возрастает qssa, 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 (xпр) на уровне 0,3 от общей биомассы микроорганизмов (xобщ) 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 (xакт) 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.
Формула изобретения: 1. Устройство для аэробной биологической очистки сточных вод активным илом включает биофильтр с насадкой, лоток подачи сточной жидкости, аэротенк с аэраторами, вторичный отстойник со слоем оседающего активного ила, рециркуляционный насос и трубопровод возвратного активного ила, отличающееся тем, что биофильтр выполнен в виде поплавка с насадкой, размещенного в верхней части коридоров аэротенка, вдоль барботеров аэраторов, над факелами воздушного потока, образованного барботерами, поплавки с насадкой обеспечивают наличие от 0,1 до 0,3 части прикрепленных микроорганизмов от общей биомассы биоценоза, при этом биофильтр выполнен затопленным в аэротенк.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поплавки с насадкой закреплены в объеме аэротенка с помощью шнуров и канатов.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поплавки с насадкой оборудованы пригрузами и пустыми герметичными трубами.