Способ обработки сточных вод мембранным биореактором

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к обработке сточных вод с помощью мембранных биореакторов. Способ обработки сточных вод в мембранном биореакторе включает стадию осушения осадков и возврат в начальную часть биореактора жидкого стока, получаемого на выходе стадии осушения осадков. Биологические осадки, выделенные в биореакторе, приводят в контакт с жидким стоком, получаемым на выходе стадии осушения осадков, с возможностью переноса полиэлектролита, содержащегося в указанном стоке и служащего для кондиционирования осадков на стадии осушения, на биологические осадки. Биологические осадки с контактора отделяют от жидкого стока для получения, с одной стороны, жидкого стока, свободного от полиэлектролита, и, с другой стороны, биологических осадков, наполненных полиэлектролитом. Жидкий сток, свободный от полиэлектролита, возвращают в начальную часть биореактора на мембраны и биологические осадки, наполненные полиэлектролитом, отводят на стадию осушения. Изобретение обеспечивает предотвращение опасности забивания мембран секции обработки воды, то есть мембранного биореактора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Реферат

Настоящее изобретение относится к обработке сточных вод с помощью мембранных биореакторов.

Известно, что при такой обработке необходимо осуществлять операцию осушения биологических осадков, полученных на реакторе, причем эти осадки подвергаются вначале химическому кондиционированию с целью обеспечить флокуляцию. С этой целью применяют полимеры и, более часто, полиэлектролиты, в частности, чтобы получить объемистые хлопья, хорошо различимые в промежуточной очищенной воде. Жидкий сток, получаемый в результате операции осушения, возвращается в начальную часть мембранного биореактора.

Возврат или обратный ток выходящего стока в начальную часть мембранного биореактора вызывает большую опасность, связанную с тем, что этот сток, получаемый в результате операции осушения осадков, содержит достаточно большие остаточные количества полиэлектролитов, способные вызвать значительное, и даже необратимое, забивание мембран биореактора.

При обработке сточных вод с помощью мембранного биореактора суточная подача рецикла, то есть жидкого стока, получаемого в результате операции осушения, в начальную часть биореактора составляет обычно от 1 до 5% суточной подачи городских сточных вод и иногда более 10% суточной подачи, когда речь идет об обработке промышленных сточных вод.

Когда обработка осадков осушением и возврат жидкого стока в начальную часть биореактора на данной стадии осушения осуществляется в дискретном режиме, что часто имеет место, соотношение между стоком, получаемым в процессе осушения, и подачей сточных вод в биореактор вполне может быть очень высоким, что еще более увеличивает опасность забивания мембран секции обработки воды, то есть мембранного биореактора.

Для устранения данного недостатка специалистами предложено два решения.

Первое решение заключается в устранении опасности забивания мембран биореактора. В этом случае возврат жидкого стока в начальную часть биореактора не допускается. Обработка осадков, полученных в мембранном биореакторе, в таком случае перемещается на классическую соседнюю станцию. Однако размещать такую станцию обработки осадков вблизи станции обработки сточных вод не всегда возможно, и, в любом случае, это решение не исключает возможность транспортировки таких объемов осадков, которые могут стать труднодопустимыми, когда станция имеет большие размеры.

Второе решение состоит в подавлении опасности забивания двумя путями:

a) путем максимального ограничения количества (то есть дозировки) полиэлектролитов, применяемых для кондиционирования осадков, подвергаемых обработке осушением, стараясь повторно вводить в начало мембранного биореактора жидкий сток, поступающий со стадии обработки осадков осушением, в наиболее удаленные точки мембран биореактора и распределить во времени эти обратные токи в начало мембранного биореактора для обеспечения максимально возможного разбавления сточных вод, питающих мембранный биореактор. Это может, в частности, выразиться в необходимости предусмотреть промежуточный бассейн, в котором временно хранится сток перед его возвратом в начало мембранного реактора.

Это решение может позволить контролировать процесс забивания мембран биореактора, но оно не устраняет опасности случайной передозировки полиэлектролитов при обработке осадков. Подавление такой опасности труднодостижимо, поскольку количественный анализ остатков полиэлектролитов, содержащихся в рециклах в начало, является технически сложным и даже невозможным;

b) путем предварительной обработки потоков, вытекающих с линии обработки осадков осушением, с целью уничтожения остаточных полиэлектролитов. Это решение, однако, является очень дорогостоящим, так как устранение нескольких миллиграммов на литр остаточного количества полиэлектролитов чаще всего требует очистку, по меньшей мере частичную, потока, вытекающего с линии осушения осадков. Так, например, окислительная обработка озоном остаточного количества полиэлектролитов предполагает очень высокую и неэкономичную дозировку из-за требований по озону выходящего потока (окисление органических веществ). Более широко, окислительные обработки, осуществляемые на таких выходящих потоках, могут также привести к побочным продуктам окисления, трудноудаляемым через секцию обработки воды, если только эта последняя не была предназначена для обработки индуцированного загрязнения такого типа.

Наконец, в отсутствие настоящего «физического барьера», предварительные обработки, известные на текущий момент, не позволяют обеспечить полное устранение опасности забивания мембран секции обработки воды.

В случае, когда эти мембраны чрезмерно забиты полиэлектролитом, специалист может применить процедуры химической промывки, чтобы восстановить характеристики мембраны. Однако эффективность этих процедур проблематична, а химические продукты, которые в них применяются, агрессивны для мембран, что снижает их срок службы. Кроме того, указанные процедуры требуют значительного дорогостоящего обслуживания и блокировки части поверхности мембран, более недоступной для фильтрации сточных вод. Этот недостаток выражается в необходимости увеличить размер мембранной части фильтрации.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности возврата в начало водной секции установки обработки сточных вод мембранными биореакторами потока, выходящего из секции обработки осадков, то есть получаемого на стадии осушения избыточных осадков, выходящих из секции обработки воды, полностью устраняя опасность забивания мембран секции обработки воды остатками полиэлектролитов из секции обработки осадков.

Следовательно, данное изобретение относится к способу обработки сточных вод с помощью мембранного биореактора, включающему стадию осушения осадков и возврат в начало биореактора жидких стоков, получаемых на выходе стадии осушения осадков, и отличающемуся тем, что

биологические осадки, выделенные в биореакторе, приводят в контакт с жидким стоком, получаемым на выходе стадии осушения осадков, с возможностью переноса остаточного количества полиэлектролита в указанном вытекающем стоке, служащего для кондиционирования осадков на этапе осушения, на биологические осадки;

биологические осадки отделяют от жидкого стока с возможностью получения, с одной стороны, жидкого стока, свободного от полиэлектролита, и, с другой стороны, биологических осадков, наполненных полиэлектролитом;

возвращают жидкий сток, свободный от полиэлектролита, в начало мембранного биореактора, и

отводят биологические осадки, наполненные полиэлектролитом, на стадию осушения.

Согласно настоящему изобретению, отделение биологических осадков от жидкого стока осуществляется фильтрацией на мембранах микрофильтрации или ультрафильтрации. При выборе порога задержки заметно ниже молекулярного веса полиэлектролитов, применяемых при осушении осадков, мембраны секции обработки осадков действуют как настоящий физический барьер и обеспечивают вытекающий поток, свободный от следов полиэлектролитов, который может быть возвращен на секцию обработки воды, то есть в начало биореактора, без опасности забивания мембран этого последнего, причем осадки или биологические хлопья, наполненные полиэлектролитом, отводятся на стадию осушения осадков.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения следуют из нижеприведенного описания, содержащего ссылки на приложенные чертежи, которые иллюстрируют один пример осуществления, не имеющий ограничивающего характера. На чертежах:

- фиг.1 является схематическим изображением установки, применяемой в способе согласно настоящему изобретению, и

- фиг.2 является видом, аналогичным приведенному на фиг.1, относящимся к примеру осуществления заявленного способа.

На фиг.1 схематически показана под индексом 1 водная секция обработки сточных городских или промышленных вод, включающая в себя мембранный биореактор. Эта установка содержит участок осушения осадков, выходящих из секции обработки воды, обозначенный ссылкой 4, с впрыском полиэлектролита для кондиционирования осадков, причем указанный участок производит, с одной стороны, осушенные осадки и, с другой стороны, поток жидких отходов, отводимых по линии 6.

Избыточные осадки, поступающие из секции обработки воды, приводят в контакторе 2 в контакт с потоком, получаемым на стадии осушения и подведенным по линии 6. Во время этого контактирования остаточное количество полиэлектролита, содержащегося в потоке, отводимом после стадии осушения, переходит из жидкой фазы в биологические хлопья или осадки, поступившие из секции обработки воды, путем явлений адсорбции, абсорбции и флокуляции на уровнях, наиболее удаленных от насыщения. Эффективность захвата полиэлектролита близка к 100%.

Таким образом, способ согласно настоящему изобретению позволяет привести в тесный контакт большое количество избыточных биологических осадков, выделенных в мембранном биореакторе (концентрация порядка от 8 до 12 г/л), с малым количеством остаточного полиэлектролита, содержащегося в потоке, отводимом на стадии осушения. Потери полиэлектролита на уровне участка осушения 4 могут составлять около 10% от начальной дозы и более 10% в случае передозировки.

Контактор 2 может быть, например, реактором быстрого смешения «TURBACTOR», таким, как описанный в Mémento Technique de l'Eau, Tome 2, page 638, изд. DEGREMONT (Edition du Cinquantenaire 1989).

Затем осуществляется отделение биологических осадков от жидкой фазы фильтрацией с получением жидкого стока, свободного от полиэлектролита, возвращаемого в начало секции обработки воды по линии 7, и биологических осадков, наполненных полиэлектролитом, которые подаются на участок осушения 4 по линии 5. Как было упомянуто выше, это разделение может быть осуществлено путем фильтрации на мембранах микрофильтрации или ультрафильтрации, действующих как физический барьер для получения вытекающего потока, свободного от следов полиэлектролита. Этот вытекающий поток может в таком случае быть возвращен на секцию обработки воды без опасности забивания мембран этой секции. Мембраны секции обработки осадков могут иметь любую геометрию (плоские, трубчатые, полое волокно), могут быть изготовлены из любого подходящего материала (органического или керамического) и иметь любой принцип действия (внешняя система или погружная система).

На фиг.2 показан пример осуществления заявленного способа. На фиг.2 указаны характерные значения установки, использованной при осуществлении способа, и полученные данные.

Из фиг.2 следует, что «утечка» полиэлектролита на уровне участка осушения осадков 4 составляет 200 г/сутки. Этот остаток полиэлектролита передается, в контакторе 2, на 200 кг биологических осадков, выходящих из секции обработки воды 1, т.е. в отношении 1000.

Площадь мембран 3 (60 м2), установленных на секции обработки осадков, составляет всего 3% от площади мембран (2000 м2) биореактора секции обработки воды. Из этого следует, что опасность случайной забивки мембран ограничена 3% от полной площади мембран установки обработки. Кроме того, вследствие разделения мембран секции обработки воды 1 и мембран 3 секции обработки осадков можно осуществить химическую промывку мембран секции обработки осадков, не снижая производительности фильтрации секции обработки воды. Учитывая малую площадь мембран этой секции обработки осадков, можно также предусмотреть два комплекта мембран на секции обработки осадков (один работающий, а другой в состоянии промывки или останова), что представляется нереализуемым по экономическим причинам, на секции обработки воды, учитывая большую площадь мембран биореакторов.

Из этой фигуры видно, что жидкий сток, получаемый в результате осушения, возвращенный в начало секции обработки воды, свободен от полиэлектролита, что устраняет всякую опасность забивания мембран секции обработки воды.

Кроме того, изобретение позволяет снизить расход полиэлектролита, используемого при кондиционировании осадков на участке осушения 4. Действительно, дозировка полиэлектролита, необходимого для осушения осадков, произведенных на секции обработки воды, составляет 10 кг на тонну осадков. Возврат «утечки» полиэлектролита на участок осушения (линия 5) позволяет снизить расход полиэлектролита на 10%, причем этот последний составит тогда 1,8 кг/сутки вместо 2 кг/сутки.

Преимущества, обеспечиваемые настоящим изобретением, состоят в следующем:

оно позволяет подавить свойство жидких стоков, выходящих после стадии осушения осадков, забивать мембраны, путем переноса малого количества полиэлектролита на большое количество биологических хлопьев (отношение от 500 до 4000);

гарантирует отсутствие остаточных следов полиэлектролита в жидком стоке, возвращаемом в начало секции обработки воды, что устраняет опасность забивания мембран этой секции;

позволяет снизить дозу полиэлектролита при осушении осадков благодаря возврату утечек полиэлектролита в осадки, поступающие с секции обработки воды, перед их кондиционированием.

Настоящее изобретение не ограничивается примерами осуществления, описанными и представленными выше, а охватывает все возможные варианты.

1. Способ обработки сточных вод с помощью мембранного биореактора, согласно которому подают сточную воду в биореактор, в котором получают избыточные биологические осадки, выделяют избыточные биологические осадки из биореактора, осуществляют обработку осадков осушением путем впрыскивания полиэлектролита с выделением осушенных осадков и обработку жидкого стока для удаления из него полиэлектролита перед возвратом жидкого стока на вход биореактора, отличающийся тем, что избыточные биологические осадки, выделенные биореактором, приводят в контакт с жидким стоком, поступившим со стадии осушения осадков, причем этот жидкий сток содержит полиэлектролит, после приведения в контакт, в результате которого происходит переход полиэлектролита из жидкого стока в биологические осадки, отделяют биологические осадки, содержащие полиэлектролит, от жидкого стока, не содержащего полиэлектролита, возвращают на вход биореактора жидкий сток, не содержащий полиэлектролит, отводят биологические осадки, содержащие полиэлектролит, на стадию осушения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение биологических осадков от жидкого стока осуществляется путем фильтрации на мембранах микрофильтрации или ультрафильтрации, причем порог задержки указанных мембран заметно ниже молекулярного веса полиэлектролита, применяемого при осушении осадков.