Патент на изобретение №2170217

(54) СПОСОБ АЭРОБНОЙ ГЛУБОКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод по комбинированному методу, использующему погружной биофильтр и активный ил. В частности, изобретение относится к способу одновременной и интегрированной нитрификации и денитрификации, а также практически полного удаления фосфора. Способ аэробной глубокой биологической очистки сточных вод заключается в том, что сточные воды подают в биорезервуар с прикрепленной, а также с находящейся во взвешенном состоянии биомассой. При этом производится регулирование вводимого кислорода и, соответственно, поддерживание наличия зон с разнородной по содержанию кислорода средой. Вблизи поверхности биорезервуара образуется аэробная зона, а вблизи его дна формируется обедненная кислородом зона, между которыми необязательно имеется одна или несколько переходных зон. Биомассу применяют в концентрации, составляющей более 3 кг сухого вещества на 1 м³ полезного объема биорезервуара. Технический результат: более интенсивное биологическое удаление фосфора, а также одновременное проведение процессов нитрификации и денитрификации в одном резервуаре, повышение экономичности эксплуатации и снижение расхода на текущий ремонт и обслуживание. 13 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод по комбинированному методу, использующему погружной биофильтр и активный ил. В частности изобретение относится к способу одновременной и интегрированной нитрификации и денитрификации, а также практически полного удаления фосфора согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Удаление азотных и фосфорных соединений на станции очистки сточных вод может осуществляться в случае азота биологическим путем (нитрификация-денитрификация), а в случае фосфатов, как правило, химическим путем (осаждением и флокуляцией с помощью соединений железа, алюминия и кальция). Биологические методы для этих целей были разработаны только в последние годы, и они основаны на более интенсивном проникновении фосфата в организмы активного ила, которое существенно превышает обычное поглощение фосфора микроорганизмом (ср. ATV (1989): Biologische Phosphorentfernung, Korrespondenz Abwasser 36, 337-348 (1989), и Kunst S. в работе “Untersuchungen zur Biologischen Phosphorelimination im Hinblick auf ihre abwassertechnische Nutzung”, опубликованной Институтом водоснабжения и канализации населенных мест, Университет г. Ганновера, N 77 (1990).

Данные способы удаления азота и фосфора называют также “глубокой очисткой”, соответственно “3-ей ступенью очистки”.

Реакторы с жесткими элементами, которые в качестве погружных биофильтров установлены перед и/или после аэротенка, известны, например, из заявок DE-A 2914689 или DE-A 3140372. К таким реакторам относятся, как уже упоминалось выше, так называемые погружные биофильтры, а также реакторы с воздухозабором посредством ячейковых барабанов, которые вращаются вокруг горизонтальной оси и в ячейках которых имеется, например, множество размещенных на определенном расстоянии друг от друга пластин, например, из пластмассы или аналогичного жесткого материала. Конструкция и работа таких реакторов с ячейковыми барабанами описана, в частности, в вышеуказанной литературе.

Вращающийся вокруг горизонтальной оси воздухозаборный ячейковый барабан может выполнять, во-первых, функцию биофильтра, применяемого в технике обработки сточных вод в качестве реактора с неподвижным слоем. Так, например, в биологической пленке могут поселяться нитрифицирующие бактерии для окисления азотных соединений, чем и может быть достигнута нитрификация.

Во-вторых, с помощью реактора с ячейковым барабаном в резервуаре можно создать необходимое перемешивание, вследствие чего можно отказаться от применения смесителя или мешалки.

Согласно имеющейся на сегодняшний день информации до настоящего времени еще не удалось объединить интенсивное, практически полное биологическое удаление фосфора с нитрификацией и денитрификацией в одновременно протекающий процесс таким образом, чтобы можно было использовать только один единственный резервуар, т.е. чтобы более интенсивное биологическое удаление фосфора, а также нитрификация и денитрификация происходили бы одновременно (интегрированно) и в одном резервуаре.

Однако эту проблему удается решить благодаря способу глубокой биологической очистки сточных вод с признаками отличительной части п.1 формулы изобретения, в котором сточные воды, необязательно предварительно прошедшие механическую обработку, подают в биорезервуар с прикрепившейся, а также с находящейся во взвешенном состоянии биомассой, причем в этом биорезервуаре практически полностью биологическим путем удаляются соединения азота и фосфора, и в котором прошедшие такую обработку очищенные сточные воды можно снова отбирать из биорезервуара на повторное использование.

Предпочтительные варианты осуществления предлагаемого способа представлены в пунктах, зависимых от главного пункта формулы изобретения.

Благодаря тому, что при осуществлении указанного выше способа путем регулируемого ввода кислорода в биорезервуаре поддерживают наличие зон с разнородной по содержанию кислорода средой, при этом вблизи поверхности биорезервуара образуется аэробная зона, а вблизи его дна формируется обедненная кислородом зона, между которыми необязательно имеется одна или несколько переходных зон, а также благодаря тому, что биомассу, складывающуюся из прикрепившейся и взвешенной биомассы, применяют в концентрации, составляющей более 3 кг сухого вещества на 1 ³ полезного объема биорезервуара, удается реализовать, что является неожиданным, именно интегрированный процесс, в котором нитрификация и денитрификация протекают одновременно с более интенсивным биологическим удалением фосфора в подвергаемых очистке сточных водах. При этом прежде всего благодаря сочетанию обеих мер, а именно поддержанию определенной среды с различной концентрацией кислорода в различных по глубине зонах биорезервуара и использованию существенно более высоких концентраций биомассы в сравнении с обычными установками очистки сточных вод активным илом, и их синергетическому эффекту удается обеспечить более высокую производительность, повысить экономичность эксплуатации и снизить расходы на текущий ремонт и обслуживание по сравнению с известными в настоящее время способами.

В предлагаемом способе в биорезервуаре или аэротенке формируются зоны, в которых преобладает разнородная по содержанию кислорода среда. При этом условия кислородной среды в соответствующих зонах влияют на протекающий в них процесс удаления соответствующих элементов. В каждом типе создаваемых в кислородной среде условий в биорезервуаре или аэротенке происходит разложение органических углеродных соединений. Особое влияние, прежде всего при поддержании соответствующих условий в зонах, несущих определенную нагрузку, оказывается на такие интенсивные процессы очистки сточных вод, как нитрификация, денитрификация и биологическое удаление фосфора.

При этом в аэробной среде аэробной зоны, которая расположена вблизи поверхности биорезервуара или аэротенка, предпочтительно происходит нитрификация. Аэробная среда этой зоны характеризуется при этом наличием растворенного кислорода и при определенных условиях химически связанного кислорода, например, в форме нитрата, как это может иметь место после нитрификации, например, аммониевых соединений.

В отличие от этого в обедненной кислородом среде, характерной для обедненной кислородом зоны, сформированной в нижней части биорезервуара или аэротенка, преимущественно происходит денитрификация. Обедненная кислородом среда, соответственно зона, в которой преобладает обедненная кислородом среда, характеризуется полным или практически полным отсутствием растворенного кислорода и наличием химически связанного кислорода.

Согласно изобретению между аэробной и обедненной кислородом зонами необязательно располагаются одна или несколько переходных зон. При этом такие переходные зоны являются дискретными, но в предпочтительном варианте они плавно переходят друг в друга. Согласно изобретению равномерно в одной или нескольких переходных зонах преобладает кислородная среда с условиями, при которых концентрация растворенного кислорода составляет >0,5 мг/л. Эта среда способствует, в частности, более интенсивному биологическому удалению фосфора.

При этом в донной зоне биорезервуара может сформироваться анаэробная среда, которая характеризуется полным или почти полным отсутствием растворенного и химически связанного кислорода (после денитрификации). Эта зона также способствует процессу денитрификации и удаления фосфора.

Как уже упоминалось выше, согласно изобретению неожиданно было установлено, что в отличие от существовавшего на момент создания изобретения уровня техники в биорезервуаре удалось установить и отрегулировать переменные условия кислородной среды таким образом, что лишь в одном единственном резервуаре и при осуществлении одной единственной операции для микроорганизмов создается такая стрессогенная ситуация, которая ведет к глубокой комбинированной денитрификации и биологическому удалению фосфора.

До настоящего времени касательно биологического удаления фосфора исходили из того, что для такого удаления необходима химическая обработка или же применение отдельного резервуара с анаэробной средой. Однако благодаря изобретению становится возможным проводить данный процесс в одном единственном резервуаре в ходе осуществления одной единственной операции. При этом также резко снижается количество возвращаемой в цикл обработки воды, которое при осуществлении обычных способов в большинстве случаев многократно превышает то количество сточных вод, которое надо было обрабатывать на установке.

Хотя в уровне техники с точки зрения осуществления известных способов одновременно протекающие нитрификацию, денитрификацию и удаление фосфора также иногда называют интегрированным процессом, однако ранее известные процессы, если их сравнить с предлагаемым способом, можно назвать одновременно протекающими только условно, т.е. квазиодновременными. Различия в условиях кислородной среды, требующиеся для нитрификации, денитрификации и удаления фосфора, при определенных условиях хотя и создаются согласно уровню техники в одном резервуаре, однако либо в различное время, либо в разных отделенных друг от друга отсеках резервуара. В отличие от этого настоящее изобретение позволяет создать зоны, между которыми достигается абсолютно плавный переход условий кислородной среды. Такой постепенный переход до настоящего времени не был реализован на практике, а настоящее изобретение позволяет осуществить его неожиданно простым и надежным путем.

В отличие от разнесенного по времени разделения для создания кислородной среды с разнородными условиями, при котором, например, сначала осуществляют аэрацию с целью достичь глубокой нитрификации, после чего следует неаэрационный период, в течение которого среда заменяется на анаэробную (для денитрификации), для чего, как правило, требуется дополнительно применять смеситель или мешалку, а затем следует процесс денитрификации анаэробной среды при соблюдении времени неаэрации, преимущество предлагаемого согласно изобретению способа состоит в том, что для отдельных процессов разложения в каждый момент времени поддерживаются оптимальные условия в среде. Таким образом, не страдает никакой из интегрированных и одновременно протекающих процессов разложения.

В отличие от пространственного разделения создаваемых в разнородной по содержанию кислорода среде условий, при котором процессы протекают в разных, разделенных отсеках резервуара, предлагаемый согласно изобретению способ отличается стабильностью протекания самого процесса, особой простотой и меньшей трудоемкостью в осуществлении. В частности не требуется применение дополнительного оборудования и химических добавок.

Поскольку предлагаемая технология интегрированного и одновременного протекания процесса допускает применение биомассы, складывающейся из прикрепившейся и взвешенной биомассы, в концентрации более 3 кг сухого вещества на 1 м³ полезного объема биорезервуара, согласно особенно предпочтительному варианту осуществления способа биомассу можно применять в концентрации от 4 до 8 кг на 1 м³. Такая концентрация биомассы существенно превышает таковую в сравнении с известными способами. Согласно изобретению допустимы также концентрации в 10 кг на 1 м³. Однако наиболее целесообразно использовать концентрации в 5-7 кг на 1 м³.

Отличительной особенностью изобретения является то, что требующиеся для протекания отдельных процессов разнородные условия кислородной среды создаются одновременно и в одном единственном резервуаре. При этом в одном из особых вариантов осуществления способа в аэробной зоне концентрацию растворенного свободного кислорода наиболее целесообразно поддерживать в интервале от 1 до 4 мг/л, предпочтительно от 1 до 3 мг/л.

В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа предусмотрено поддержание в обедненной кислородом зоне концентрации растворенного, свободного кислорода в пределах 0,5 мг/л или менее. При этом в еще одном варианте предлагаемого способа предпочтительно, чтобы доля кислорода, присутствующего в химически связанном виде, одновременно приближалась к нулю.

Для понимания сущности изобретения при этом важно учитывать, что относящимися к изобретению следует также считать и такие процессы, при осуществлении которых путем регулируемого ввода кислорода в биорезервуаре поддерживается разнородная по содержанию кислорода среда, при этом вблизи поверхности биорезервуара создается аэробная зона, а вблизи его дна – зона с изменяющимися от обедненных кислородом до анаэробных условиями. Иными словами, не только строгая градация кислородной среды по создаваемым в них условиям на аэробную, обедненную кислородом и анаэробную зоны, но и формирование кислородной среды с аэробными и обедненными кислородом условиями при наличии непрерывного, предпочтительно плавно изменяющегося перехода между участками кислородной среды с различными условиями обеспечивает достижение связанных с изобретением преимуществ.

При этом различные зоны согласно изобретению не отделены друг от друга пространственно, а распределены по глубине биорезервуара, т.е. находятся на различных его уровнях, в чем состоит основное преимущество изобретения. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения биорезервуар эксплуатируется в таком режиме, при котором от 1/2 до 3/4, более предпочтительно от 2/3 до 3/4 его объема занимает аэробная зона.

Далее, особые преимущества при осуществлении предлагаемого в изобретении способа достигаются в том случае, когда обедненная кислородом зона занимает от 1/4 до 1/2, более предпочтительно от 1/4 до 1/3 полезного объема биорезервуара.

Касательно имеющихся при определенных условиях одной или нескольких переходных зон следует отметить, что при этом речь идет об одной зоне, в которой содержание кислорода возрастает в направлении от обедненной кислородом зоны (дно биорезервуара) к аэробной зоне (поверхность биорезервуара). В особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа в переходной зоне поддерживают возрастающую в направлении от обедненной кислородом к аэробной зоне концентрацию кислорода при содержании растворенного свободного кислорода в пределах от >0,5 и до <1 мг/л.

В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа в переходной зоне поддерживают возрастающую в направлении от обедненной кислородом к аэробной зоне концентрацию кислорода при содержании растворенного свободного кислорода в пределах от 0 до 0,5 мг/л.

Для осуществления предлагаемого способа важное значение имеет тот факт, что поддержание наличия зон с разнородной по содержанию кислорода средой осуществляют путем регулируемого ввода кислорода. С этой целью наиболее предпочтительно через определенные интервалы времени и/или непрерывно измерять содержание кислорода для определения фактического значения этого параметра в обедненной кислородом зоне. С другой стороны, в еще более предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа содержание кислорода для определения фактического значения этого параметра через определенные интервалы времени и/или непрерывно измеряют в аэробной зоне. Такие измерения можно проводить, например, с использованием обычного, известного для специалиста в данной области техники кислородного зонда.

В зависимости от полученных фактических значений, измеряемых, как уже было упомянуто выше, либо непрерывно, либо через определенные промежутки времени, путем регулируемого ввода кислорода его фактическое содержание корректируют в соответствии с заданным значением. Наиболее предпочтительные интервалы заданных значений содержания кислорода в каждой зоне указаны выше. Согласно изобретению доведение содержания кислорода до заданных значений в принципе можно осуществлять многими, известными специалисту в данной области техники методами. Однако согласно одному из конкретных вариантов осуществления предлагаемого способа наиболее простым, связанным с малыми затратами и эффективным и поэтому также наиболее предпочтительным путем ввода кислорода является использование так называемого ячейкового барабана. Более подробное описание ячейковых барабанов, применение которых является наиболее целесообразным согласно изобретению, можно найти, в частности, в заявках DE-A 2914689, DE-A 3140372, DE-A 3411865 (CN 10467). При этом управляя частотой вращения ячейкового барабана в зависимости от измеренных фактических значений, можно особенно эффективно реализовать подвод кислорода в количестве, необходимом для достижения требуемого его содержания в соответствии с заданным значением. Кроме того, согласно еще одному из предпочтительных вариантов измерение фактического значения содержания кислорода в биорезервуаре целесообразно осуществлять вне ячейкового барабана.

Среда с требующимися для протекания отдельных процессов разнородными условиями создается согласно изобретению одновременно в одном единственном резервуаре. В целом при использовании ячейковых барабанов, как вытекает из вышеприведенных пояснений, особо следует выделить два варианта осуществления способа. В первом варианте предлагаемый способ осуществляют в кислородной среде с аэробными и обедненными кислородом условиями. С этой целью вблизи поверхности биорезервуара и в пределах ячейкового барабана формируют аэробную зону, которая имеется всегда независимо от частоты вращения ячейкового барабана и в которой обеспечивается постоянно высокая производительность по нитрификации. Вблизи дна биорезервуара и частично рядом с ячейковым барабаном поддерживается обедненная кислородом среда, которая служит для глубокой денитрификации. При этом содержание кислорода путем управления, соответственно регулирования можно установить на такой уровень, чтобы обедненная кислородом среда могла переходить в полностью анаэробную среду.

Во втором варианте способ осуществляют в кислородной среде с аэробными, обедненными кислородом и анаэробными условиями. В принципе при этом работают аналогично первому варианту, с тем лишь отличием, что благодаря расширению пространства рядом с ячейковым барабаном и под ним образуется дополнительная зона, в которой обедненная кислородом среда может частично переходить в анаэробную среду.

Однако в целом все варианты осуществления предлагаемого способа отличаются тем, что в среде биорезервуара микроорганизмы подвергаются постоянной смене окружающих условий. Такая смена происходит, в частности, очень быстро, в течение существенно более коротких интервалов времени (например, ежеминутно), в чем заключается отличие от обычных способов, в которых такая смена условий происходит в отдельных секциях резервуара зачастую лишь по истечении нескольких часов. Кроме того, согласно наиболее предпочтительному варианту, где используют ячейковый барабан, не требуется применение дополнительного оборудования, поскольку ячейковый барабан наряду с подводом кислорода обеспечивает также гомогенное перемешивание.

Как уже упоминалось выше, в этом отношении благодаря синергетическому эффекту обеих мер (т. е. поддержанию среды с разнородными по содержанию кислорода условиями и работе с существенно более высокими концентрациями биомассы) удается, в частности, достичь значительно более высокой производительности при одновременном обеспечении повышенной стабильности процесса, более экономичной эксплуатации и низкими расходами на текущий ремонт и обслуживание в сравнении с известными до настоящего времени способами.

В целом преимущества предлагаемого способа состоят в том, что он позволяет повысить производительность, прежде всего благодаря использованию специфичной окислительной мощности прикрепившегося и взвешенного активного ила в одной комбинированной установке, достичь более стабильного эффекта очистки при высокой гидравлической нагрузке благодаря увеличенной доле биомассы, а также обеспечить высокое качество ила и низкие индексы ила (отношение объема к весу) и повысить на 50% концентрацию активного ила благодаря наличию в процессе определенной доли присутствующих в виде взвеси микроорганизмов при более малом возрасте ила. Повышенная экономичность предлагаемого способа, равно как и обеспечиваемое им значительное снижение расходов на текущий ремонт и обслуживание основаны, в частности, с одной стороны, на вводе в процесс максимально возможного количества кислорода, на повышенной надежности в эксплуатации, а также на высокой стабильности процесса, а с другой стороны, в целом на простоте используемого при определенных условиях оборудования, прежде всего ячейковых барабанов.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показан разрез биорезервуара с двумя ячейковыми барабанами, а также включенная после биорезервуара установка вторичного осветления.

В рассматриваемом примере в используемом согласно изобретению аэротенке или биорезервуаре 10 предусмотрены два ячейковых барабана 30, которые установлены в биорезервуаре с возможностью поворота вокруг их центральной оси. Привод ячейковых барабанов во вращение вокруг их центральных осей осуществляется не показанными подробно на чертеже приводными двигателями 40. Для измерения содержания ₂ в биорезервуаре в него погружен зонд 50. В зависимости от измеренного содержания O₂ зонд через приводные двигатели управляет частотой вращения погружных биофильтров, которые в рассматриваемом примере представляют собой ячейковые барабаны 30. Подвергаемые очистке сточные воды поступают в биорезервуар по подводящей линии 60. В самом биорезервуаре сначала формируется ближайшая к его поверхности зона 70, которая также обозначается как аэробная зона. В пределах этой зоны концентрация кислорода в целом несколько превышает 1,0 мг/л. В донной части биорезервуара образована следующая зона 80. При этом речь идет об обедненной кислородом зоне, в которой концентрация кислорода в целом составляет <0,5 мг/л. Между аэробной зоной 70 и обедненной кислородом зоной 80 в приведенном примере сформирована переходная зона 90, концентрация кислорода в которой составляет от 0,5 до приблизительно 1,0 мг/л. Размеры данной переходной зоны обозначены на чертеже двумя проходящими вдоль резервуара светлыми линиями. Биорезервуар 10 имеет далее сливную линию 100, по которой обработанная вода поступает в установку 20 вторичного осветления. Эта установка 20 вторичного осветления имеет свою сливную линию 120, которая по подводящей линии 140 сообщается с биорезервуаром 10 для возврата в него биомассы из установки вторичного осветления. Избыток ила может быть удален из системы по сливной линии 130, врезанной в обратную линию, соединяющую установку вторичного осветления с биорезервуаром. Обработанную осветленную воду можно отбирать из установки вторичного осветления по выпускной линии 110.

Ячейковые барабаны, применение которых предпочтительно в предлагаемом способе, как таковые известны и имеют множество модификаций, например могут быть выполнены в виде так называемого трубчатого колеса. Общим для всех этих механизмов, выполненных в виде колес, является то, что они позволяют скомбинировать способ, в котором применяют погружные биофильтры, со способом очистки активным илом. Под погружными биофильтрами при этом понимаются, как уже упоминалось выше, стационарно смонтированные под водой вращающиеся механизмы с периодически частично или полностью поднимающимися из воды поверхностями, которые обрастают микроорганизмами. Для процесса очистки сточных вод при этом необходима, во-первых, взвесь биомассы в биорезервуаре 10, образованная свободно плавающим активным илом, а во-вторых, так называемая прикрепившаяся биомасса из микроорганизмов, образующих на вращающихся поверхностях погружного биофильтра прикрепившийся к ним покров. Благодаря этому способ очистки активным илом объединяется со способом, использующим погружные биофильтры, в единый интегрированный способ. Обеспечение кислородом всех микроорганизмов при этом происходит, в частности, за счет медленного вращения погружного биофильтра, для чего может использоваться смонтированный снаружи двигатель с регулируемой частотой вращения (преобразователь частоты), приводящий во вращение колесо. Как только в процессе этого вращения ячейки погружного биофильтра поднимаются над поверхностью воды, находящаяся в них смесь сточных вод с активным илом вытекает из них. Взамен этой смеси ячейки погружного биофильтра заполняются окружающим воздухом. При этом необходимый для окисления компонентов сточных вод кислород растворяется на влажных поверхностях обросших микроорганизмами поверхностей пластин. Поскольку полное парциальное давление воздуха действует непосредственно на эти большие по площади поверхности, на них достигается прямое насыщение кислородом. Вследствие диффузии кислород благодаря создающемуся градиенту концентрации проникает в более глубокие слои покрова, состоящего из микроорганизмов.

Как только полая ячейка колеса снова погрузится в смесь активного ила со сточными водами, воздух оказывается заключенным в объеме этой ячейки. При этом по мере вращения колеса воздух принудительно опускается до самой нижней точки резервуара, одновременно сжимаясь. Часть увлеченного воздуха выходит из ячейки по достижении зоны нижней точки вращательного движения барабана и благодаря определенной форме элементов погружного биофильтра поднимается к барабану в виде пузырьков с размером от среднего до малого. Пузырьки, проходя в дальнейшем через расположенные друг против друга погружные элементы биофильтра, поднимаются к поверхности воды и вместе с вращательным движением колеса обеспечивают равномерное перемешивание содержимого биорезервуара, а также оптимальное снабжение взвеси активного ила кислородом.

В процессе дальнейшего вращения в направлении к поверхности частично заполненная воздухом ячейка действует как полое тело, стремящееся всплыть на поверхность благодаря возникающей в ней подъемной силе, что способствует снижению расхода энергии. Перед выходом на поверхность остаточный воздух высвобождается в водную массу. Поверхности элементов погружного биофильтра, проходя в результате вращения участок, расположенный выше поверхности воды, насыщаются кислородом из атмосферного воздуха. Принудительно забираемый из атмосферы воздух в процессе вращения еще раз контактирует со всеми поверхностями погружного биофильтра. Благодаря этому в водяной массе также обеспечивается оптимальное снабжение кислородом микроорганизмов, прикрепившихся к элементам погружного биофильтра. Принудительно увлекаемый воздух соприкасается с поверхностями пластин, имеющих особый волнообразный профиль. Эти профильные поверхности выполнены таким образом, что в замкнутом пространстве со сжатым воздухом принудительно постоянно образуются новые переходные фазы для кислородного обмена. В результате этого обеспечивается наиболее эффективное и одновременное обеспечение кислородом обоих компонентов, которыми являются биологическая пленка и активный ил.

Для подтверждения эффективности предлагаемого способа ниже приведены данные измерений, полученные на модели установки для очистки сточных вод, рассчитанной преимущественно на нитрификацию. Суммарная биомасса, складывающаяся из прикрепившейся и взвешенной биомассы, составляла в среднем от 5 до 10 кг/м³. Потребление мощности в каскаде биологической очистки составляло в среднем 5,6 кВт в день, а общий объем каскада биологической очистки был равным 240 м³. Объемная нагрузка по БПК₅ (биологическая потребность в кислороде) составляла порядка 0,7 кг/м³ в день.

Глубина резервуара каскада биологической очистки составляла приблизительно 4 м. Диаметр применяемого ячейкового барабана был равен 4,25 м, при этом расстояние от дна резервуара до погружающейся на наибольшую глубину точки барабана составляло около 0,25 м. Таким образом, барабан в самой высшей точке выступал над уровнем воды биорезервуара примерно на 0,5 м.

Концентрацию кислорода в биорезервуаре измеряли в 5 точках вне ячейкового барабана с помощью обычных, имеющихся в продаже зондов.

Точка измерения 1 располагалась на глубине примерно 0,5 м, т.е. примерно на расстоянии около 3,5 м от дна.

Точка измерения 2 располагалась на глубине примерно 1,5 м, т.е. примерно на расстоянии около 2,5 м от дна.

Точка измерения 3 располагалась на глубине примерно 2,5 м, т.е. примерно на расстоянии около 1,5 м от дна.

Точка измерения 4 располагалась на глубине примерно 3,45 м, т.е. примерно на расстоянии около 0,55 м от дна.

Точка измерения 5 располагалась на глубине примерно 3,95 м, т.е. примерно на расстоянии около 0,05 м от дна.

Далее количество биомассы определяли в пересчете на сухое вещество.

В зависимости от измеренных концентраций кислорода скорость вращения ячейкового барабана была отрегулирована в интервале 0,3-1,0 об/мин таким образом, чтобы в точках измерения 1-5 концентрации кислорода, указанные в табл.1, сохранялись постоянными.

Ниже в табл.1 приведены полученные результаты измерений каждого месяца испытаний, проводившихся в течение года.

Данные по производительности установки приведены в таблице 2.

Соответственно на входе и выходе установки для очистки измеряли биологическую потребность в кислороде (БПК₅), химическую потребность в кислороде (ХПК), содержание фосфора (PO₄-P), содержание аммония (NH₄-N), содержание NO₂ (NO₂-N) и содержание NO₃(NO₃-N). Измерения проводили в течение года, при этом среднемесячные значения представлены в табл.2.

Как следует из приведенных в табл.2 результатов, с помощью предлагаемого согласно изобретению способа в одном единственном резервуаре в ходе осуществления одного единственного процесса может быть достигнута как нитрификация, так и денитрификация одновременно с существенным уменьшением содержания фосфора.

Формула изобретения

1. Способ глубокой биологической очистки сточных вод, в котором сточные воды, необязательно предварительно прошедшие механическую обработку, подают в биорезервуар с прикрепившейся, а также с находящейся во взвешенном состоянии биомассой, причем в этом биорезервуаре практически полностью биологическим путем удаляются соединения азота и фосфора, и в котором прошедшие такую обработку очищенные сточные воды можно снова отбирать из биорезервуара на повторное использование, отличающийся тем, что путем регулируемого ввода кислорода в биорезервуаре поддерживают наличие зон с разнородной по содержанию кислорода средой, при этом вблизи поверхности биорезервуара образуется аэробная зона, а вблизи его дна формируется обедненная кислородом зона, между которыми необязательно имеется одна или несколько переходных зон, и биомассу, складывающуюся из прикрепившейся и взвешенной биомассы, применяют в концентрации, составляющей более 3 кг сухого вещества на 1 м³ полезного объема резервуара.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу применяют в концентрации 4 – 8 кг на м³.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в аэробной зоне концентрацию растворенного свободного кислорода поддерживают в пределах примерно 1 – 4 мг/л.

4. Способ по любому из пп.1 – 3, отличающийся тем, что в обедненной кислородом зоне концентрацию растворенного свободного кислорода поддерживают на уровне менее 0,5 мг/л.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что доля кислорода, присутствующего в виде химически связанного кислорода, например, в виде нитрата, приближается к нулю.

6. Способ по любому из пп.1 – 5, отличающийся тем, что от 1/2 до 3/4, предпочтительно от 2/3 до 3/4, объема биорезервуара работает как аэробная зона.

7. Способ по любому из пп.1 – 5, отличающийся тем, что от 1/4 до 1/2, предпочтительно от 1/4 до 1/3, полезного объема биорезервуара работает как обедненная кислородом зона.

8. Способ по любому из пп.1 – 7, отличающийся тем, что в переходной зоне поддерживают возрастающую в направлении от обедненной кислородом зоны к аэробной зоне концентрацию кислорода при содержании растворенного свободного кислорода в пределах от > 0,5 и до < 1 мг/л.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в обедненной кислородом зоне непрерывно измеряют содержание кислорода для определения фактического значения этого параметра.

10. Способ по одному или нескольким из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в аэробной зоне непрерывно измеряют содержание кислорода для определения фактического значения этого параметра.

11. Способ по одному или обоим пп.9 и 10, отличающийся тем, что путем регулируемого ввода кислорода его фактическое содержание корректируют в соответствии с заданным значением.

12. Способ по одному или нескольким из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ввод кислорода осуществляют с помощью ячейкового барабана.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что частоту вращения ячейкового барабана регулируют в зависимости от измеренных фактических значений концентрации кислорода для достижения заданного значения содержания кислорода.

14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что фактическое значение содержания кислорода измеряют в биорезервуаре вне ячейкового барабана.

РИСУНКИ