Башенный биореактор для очистки сточных вод

Башенный биореактор для очистки сточных вод

Реферат

 

Использование: в различных отраслях промышленности для очистки сточных вод от органических веществ и биогенных элементов - азота и фосфора. Сущность изобретения: башенный биореактор, включающий цилиндрический корпус (К), аэратор с аэрационной трубой, цилиндрический кольцевой отстойник с коническим днищем и силовыми щелями, устройства ввода сточной и отвода очищенной воды, снабжен системой насосов и трубопроводов для циркуляции иловой смеси и ввода реагента, (К) в нижней части снабжен нижней и верхней коаксиально расположенными коническими диафрагмами с центральными отверстиями и струенаправляющим диффузором, на (К), под иловыми щелями отстойника, установлен кольцевой отражатель, устройство ввода сточных вод расположено в нижней части К, а отстойник выполнен встроенным и расположенным по периферии, своей цилиндрической частью образует горловину биореактора с отводом отходящих газов и снабжен отверстиями с шиберами для циркуляции иловой смеси и цилиндрической коаксиальной полупогружной перегородкой, создающей воздухоотделительное кольцевое пространство, аэратор может быть выполнен струйным или эрлифтным, причем эрлифтный аэратор может быть снабжен коаксиально расположенным кожухом в виде трубы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к комбинированным устройствам для очистки сточных вод и может быть использовано в различных отраслях промышленности для очистки сточных вод от органических веществ и биогенных элементов - азота и фосфора.

В технологии водоочистки известны способы одновременного удаления органических веществ и биогенных элементов (углеводородистых, фосфорсодержащих и азотистых веществ). Наиболее широко распространенной технологией является использование активного ила, подвергаемого поочередно влиянию аэробных и анаэробных условий.

При очистке сточных вод с одновременным удалением азотистых веществ используют классическое оборудование, в котором процессы аэробной обработки (окисление органических соединений и нитрофикация) и анаэробной денитрофикации осуществляют в самостоятельных, отделенных друг от друга резервуарах, а сепарацию активного ила ведут путем седиментации в отдельном резервуаре, из которого возвратный ил рециркулируют на стадию первичной обработки в процессе водоочистки. Эти сооружения занимают большие площади, что затрудняет их использование при дефиците свободных земельных участков.

Известно комбинированное сооружение для биологической очистки сточных вод от углеродистых и азотистых соединений, использование которого возможно моноблочным. Цилиндрический корпус, представляющий устройство аэробной обработки кольцевой формы со свободной поверхностью, окружает вертикальный цилиндрический корпус, представляющий устройство анаэробной денитрификации и камеру сепарации.

Совмещение в одном корпусе зоне нитрификации, сепарации и денитрификации позволяет сократить площади, занимаемые сооружением, однако, их величина еще значительна, кроме того, в известном сооружении практически не происходит процесс дефосфатации, чем, в частности, обусловлена недостаточная эффективность очистки сточных вод на этом сооружении.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является башенный биореактор - шахтный аэротенк с эрлифтной рециркуляцией. Он представляет собой цилиндрический вертикальный резервуар, который может быть заглублен или установлен на поверхности земли в виде колонны. Аэротенк в поперечном сечении разделен на две части, в одной из которых предусмотрена система пневматической аэрации, а в другой размещается эрлифт, обеспечивающий циркуляцию иловой смеси и подачу ее в аэрационную часть, где обеспечивается нисходящее движение иловой смеси, при этом пузырьки воздуха, последующего из аэратора, увлекаются в нижнюю часть сооружения. Длительное пребывание воздуха при повышенном давлении обусловливает эффективное использование кислорода. Переходя из аэрационной части в эрлифтную, растворенный воздух десорбируется из иловой смеси, что дает возможность использовать для разделения иловой смеси флотацию.

Известное сооружение занимает существенно малые площади, однако, его использование не позволяет достичь высокой степени очистки воды от биогенных элементов.

Технический результат, полученный от использования предложенного башенного биореактора для очистки сточных вод, заключается в повышении качества очищенной воды по органическим веществам и биогенным элементам, сокращении количества избыточного ила, уменьшении объемов сооружений, увеличении производительности аппарата и расширении диапазона эффективного применения за счет многоцелевого использования реактора и улучшения массообмена.

Предложенный башенный биореактор представляет собой комбинированное сооружение для биологической очистки сточных вод, совмещающее в одном объеме зоны аэробного окисления и нитрификации, денитрификации, дефосфатации и вторичного отстаивания иловой смеси.

На фиг. 1 представлен башенный биореактор с эрлифтным аэратором, вертикальный разрез; на фиг. 2 - башенный биореактор со струйным аэратором, вертикальный разрез; на фиг. 3 - башенный биореактор с аэрлифтным аэратором, снабженным кожухом, вертикальный разрез.

Устройство (см. фиг. 1) содержит круглый в плане корпус 1 с эрилифтным аэратором 2, выполненным в виде коаксиально установленной внутри корпуса аэрационной трубы 3 и дырчатых труб 4 для подачи воздуха, встроенный вторичный кольцевой отстойник 5 с коническим днищем, отводом осветленной воды 6 и циркулирующего активного ила 7, установленные в нижней части конические диафрагмы с центральными отверстиями - нижняя 8 и верхняя 9 и струенаправляющий диффузор 10 разделяют корпус 1 на четыре аэробную 11, аноксичную зону А - 12, аноксичную зону В - 13 и анаэробную 14, а также систему насосов и трубопроводов для создания внутренней циркуляции: всасывающая линия циркуляционного насоса 15 соединена с трубопроводами циркулирующего активного ила 7 из отстойника 5, трубопроводом 16 из аноксичной зоны А - 12 и ввода сточной воды 17 для подачи в биореактор смеси исходной сточной воды и циркулирующего активного ила через трубопровод ввода иловой смеси 18, насос 19 для подачи химреагентов и циркулирующего активного ила из отстойника 5 в аноксичную зону А по трубопроводу 20 и в аэробную зону по трубопроводу 21, отстойник 5 в цилиндрической части имеет отверстия 22 с шиберами 23, образует своей цилиндрической частью горловину биореактора 24, снабженную перекрытием 25 с трубопроводом 26 отвода отходящих газов, и снабжен цилиндрической коаксиальной полупогружной перегородкой 27, образующей воздухоотделительное кольцевое пространство 28, коническая часть отстойника образует с корпусом биореактора иловую щель 29, под которой на корпусе установлен кольцевой отражатель 30. Избыточный активный ил отводится из зоны интенсивной аэрации по трубопроводу 31.

Биореактор работает следующим образом.

Во всасывающую линию циркуляционного насоса 15 подают исходную сточную воду по трубопроводу 17 и рециркулирующий активный ил из отстойника 5 по трубопроводу 7, из аноксичной зоны А 12 по трубопроводу 16 и через трубопровод ввода 18 иловой смеси по касательной к цилиндрическому корпусу вводят в анаэробную зону 14, где за счет увеличенного образования органических кислот в результате анаэробного гидролиза органических веществ происходит высвобождение фосфатов из ранее внесенного активного ила в окружающую водную среду. Затем за счет системы расположения нижней 8 и верхней 9 диафрагм иловая смесь попадает последовательно в аноксичные зоны А и В, где освобожденные ранее фосфаты связываются частично с твердой фазой активного ила при одновременном восстановлении нитратов до газообразного азота и удалении органических веществ. Сюда же с помощью насоса 19 по трубопроводу 20 подают иловую смесь из отстойника 5.

Пройдя по спирали вверх аноксичную зону В денитрификации от диафрагмы 9 до струенаправляющего диффузора 10, иловая смесь смешивается с мощным нисходящим циркуляционным потоком иловой смеси из аэробной зоны (зоны нитрификации) и подсасывается в аэрационную трубу 3. В этой части биореактора происходит интенсивное связывание фосфатов микроорганизмами активного ила, глубокое удаление органических соединений и нитрификация.

Часть циркуляционного потока иловой смеси через отверстия 22 в верхней части биореактора и воздухоотделительное кольцевое пространство 28 поступает в отстойник 5, где происходит отделение очищенной воды от уплотненного циркулирующего ила, который через нижнее кольцевое отверстие - иловую щель 29, возвращается в аэробную зону 11. Расход циркулирующего потока иловой смеси через отстойник регулируется с помощью шиберов 23. Для предотвращения попадания пузырьков газа из зоны аэрации в отстойник в нижней его части на выходе уплотненного ила, ниже иловой щели, корпус снабжен кольцевым отражателем 30. Очищенная вода через треугольные водосливы отстойника 5 переливается в сборный лоток и по трубе 6 удаляется из реактора. Избыточный активный ил, содержащий максимально аккумулированное количество фосфорных соединений, отводится из зоны интенсивной аэрации в верхней части биореактора по трубопроводу 31, поскольку при дальнейшей аэрации в процессе движения обрабатываемой жидкости вниз количество фосфора в очищаемой воде повышается.

Перекрытие 25 в верхней части горловины биореактора 24 предотвращает капельный унос влаги и улучшает экологическую обстановку. Отходящий воздух, содержащий пары воды, углекислый газ и элементный азот, отводится по трубопроводу 26.

Для глубокого удаления фосфатов из сточных вод осуществляют добавку реагента. Для более эффективного его использования реагент вводят в зону аэрации или в аноксичную зону А между двумя диафрагмами.

Расположенные в нижней части корпуса биореактора нижняя 8 и верхняя 9 коаксиально расположенные конические диафрагмы с центральными отверстиями и струенаправляющий диффузор 10 имеют отношения диаметров отверстия верхней диафрагмы, равного диаметру аэрационной трубы, к диаметру отверстия нижней диафрагмы 1:(1,25-2,0); отношение диаметра верхнего отверстия струенаправляющего диффузора и диаметра аэрационной трубы (0,025-0,04):1, при равенстве диаметров нижнего отверстия диффузора и отверстия нижней диафрагмы.

Струенаправляющий диффузор предназначен для удаления скапливающегося в процессе денитрификации газообразного азота и улучшения гидродинамических характеристик потока. Уменьшение соотношения диаметра верхнего отверстия диффузора и диаметра аэрационной трубы менее 0,025:1 нецелесообразно для эффективного ведения процесса, а при увеличении этого соотношения больше 0,040: 1 происходит резкое засасывание потока из аноксичной зоны В, что сокращает время денитрификации и приводит к увеличению содержания азота нитратов в очищенной воде.

Если диаметр отверстия нижней диафрагмы меньше 1,25 диаметра аэрационной трубы, то, вследствие изменения гидродинамических условий движения потока воды, время пребывания в аноксичной зоне А резко сокращается, так как поток не завихряется в эту зону и транзитом проходит в аноксичную зону В над верхней диафрагмой, что приводит к снижению эффекта очистки по всем параметрам. Увеличение соотношения диаметра аэрационной трубы и отверстия нижней диафрагмы больше 1:2,0 приводит к уменьшению соотношения между объемами анаэробной и аноксичной зоны А, что отрицательно сказывается на качестве очищенной воды.

Зависимость степени очистки сточной воды от соотношения диаметров верхней и нижней диафрагм приведено в таблице.

Концентрация соединений фосфора на входе в биореактор 5 мг/л; концентрация общего азота 50 мг/л.

Данные показывают, что при указанном соотношении менее 1,25 и более 2,0 не достигается интенсификация биологической очистки от биогенных элементов, поскольку процессы связывания фосфатов и восстановления нитратов идут недостаточно.

В варианте выполнения башенного реактора со струйным аэратором (см.фиг. 2) с колонной 32 иловая смесь иловая смесь из зоны аэрации циркуляционным насосом подается в водосливную камеру 33 и по стенкам колонны стекает вниз, захватывая воздух.

В варианте выполнения башенного биореактора с эрлифтным аэратором (см. фиг.3), снабженным кожухом 34, который позволяет интенсифицировать массообменные процессы внутри биореактора.

Таким образом, удачно сочетающиеся в предложенном устройстве переменные в пространстве и во времени анаэробные, аноксичные и аэробные условия, способствуют эффективному удалению из воды как органических соединений, так и биогенных элементов - азота и фосфора. При подаче воздуха в эрлифт через дырчатые трубы обеспечивается концентрация растворенного в иловой смеси кислорода не менее 2 мг/л и необходимые скорости перемешивания. Воздух, подаваемый в виде мелких пузырьков, увлекается вниз нисходящим циркуляционным потоком иловой смеси, в результате чего создается противоток, позволяющий повысить эффективность использования воздуха. В зависимости от технологических условий процесса аэратор может быть выполнен эрлифтным (фиг.1 и 3) или струйным (фиг. 2).

Отличительной особенностью башенного биореактора является выполнение дополнительной функции - усреднения поступающих сточных вод. Кроме того, условия проведения технологического процесса в биореакторе позволяют обеспечить минимальный прирост активного ила, что существенно удешевит его дальнейшую обработку и утилизацию.

Формула изобретения

1. БАШЕННЫЙ БИОРЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, включающий цилиндрический корпус, аэратор с аэрационной трубой, цилиндрический кольцевой отстойник с коническим днищем и иловыми щелями, установленный в верхней части корпуса, и устройства ввода сточной воды и отвода очищенной воды, отличающийся тем, что биореактор снабжен системой насосов и трубопроводов для циркуляции иловой смеси и ввода реагента, корпус в нижней части снабжен нижней и верхней коаксиально расположенными коническими диафрагмами с центральными отверстиями и струенаправляющим диффузором при соотношении диаметра отверстия верхней диафрагмы, равного диаметру аэрационной трубы, к диаметру отверстия нижней диафрагмы 1 - (1,25 - 2,0), соотношении диаметра верхнего отверстия струенаправляющего диффузора к диаметру аэрационной трубы (0,025 - 0,04) - 1 и равенстве диаметров нижнего отверстия диффузора и отверстия нижней диафрагмы, на корпусе под иловыми щелями отстойника установлен кольцевой отражатель, устройство ввода сточной воды расположено в нижней части корпуса, а отстойник выполнен встроенным и расположенным по периферии, своей цилиндрической частью образует горловину биореактора с отводом отходящих газов и снабжен отверстиями с шиберами для циркуляции иловой смеси и цилиндрической коаксиальной полупогружной перегородкой, создающей воздухоотделительное кольцевое пространство.

2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что аэратор выполнен струйным.

3. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что аэратор выполнен эрлифтным.

4. Биореактор по пп.1 и 3, отличающийся тем, что эрлифтный аэратор снабжен коаксиально расположенным кожухом в виде трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1