RU2073648C1 - Process and plant for aerobic biological purification of waste water - Google Patents

Abstract

FIELD: waste water purification. SUBSTANCE: excessive activated sludge is subjected to physico-mechanical treatment to stimulate microorganisms to release extracellular biopolymers. A portion of treated activated sludge is mixed with initial waste water before its transferring into the primary settler, and another portion is mixed with a waste water-activated sludge mixture withdrawn out of air tank before its transferring into the secondary settler. Agitation of the above suspensions is conducted under conditions of most full use of bioflocculating capability of treated sludge mixture by way of choosing optimum regime for agitation, intensity and interaction mode of coagulating particles with disperse solid and colloidal particles. Mode and conditions for physico-mechanical treatment of activated sludge are chosen on condition of complete exhaustion of cell protein reserve to provide maximum concentration of extracellular biopolymers in medium under treatment. Plant for this process is additionally provided with arrangement for physico-mechanical treatment of excessive activated sludge to intensify bioflocculation process. In parallel connection to this arrangement are means for mixing a portion of partially treated sludge with initial waste water before its transferring into the primary settler and for mixing another portion of treated sludge with a waste water-activated sludge mixture withdrawn out of air tank before its transferring into the secondary settler. EFFECT: intensified biological processes in activated sludge and increased waste water purification degree. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано в очистных сооружениях населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных предприятий. The invention relates to biological wastewater treatment and can be used in wastewater treatment plants of settlements, agricultural and industrial enterprises.

Известен способ аэробной биологической очистки сточных вод, включающий отстаивание исходной сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее твердого осадка, подачу сточной воды в аэротенк, перемешивание ее в присутствии активного ила, аэрацию смеси, культивирование микроорганизмов, отстаивание и отделение очищенной воды от активного ила [1]
Известна установка для аэробной биологической очистки, содержащая первичный отстойник, аэротенк с системой аэрации смеси сточной воды и активного ила, вторичный отстойник для отделения сточной воды от активного ила, систему вывода активного ила из вторичного отстойника, включающую средства возврата активного ила в аэротенк и вывода избыточного активного ила на иловые площадки [1]
Недостатками указанных известных способа и установки являются: низкая эффективность биологической очистки и наличие значительных количеств избыточного активного ила. Это обусловлено тем, что участок аэробной биологической очистки (аэротенк вторичный отстойник) работает в условиях высоких нагрузок по органическим загрязнениям, при этом биоценоз активного ила функционирует при неоптимальных условиях его жизнедеятельности. В результате показатели очистки сточной воды являются недостаточно высокими и далеки от тех требований, которые предъявляются службами санитарно-эпидемиологического надзора к водам, сбрасываемым в открытие водоемы и водотоки. Кроме того, аэротенк непосредственно принимает на себя пиковые нагрузки по органическим загрязнениям, которые связаны с существенной неравномерностью подачи исходных стоков и обусловлены конкретными особенностями производственного технологического цикла предприятия.A known method of aerobic biological wastewater treatment, including settling the source of wastewater in the primary sump and separating solid sediment from it, supplying wastewater to the aeration tank, mixing it in the presence of activated sludge, aerating the mixture, cultivating microorganisms, settling and separating purified water from activated sludge [1]
A known installation for aerobic biological treatment, comprising a primary sump, an aeration tank with an aeration system for a mixture of wastewater and activated sludge, a secondary sump for separating waste water from activated sludge, a system for removing activated sludge from a secondary sump, including means for returning activated sludge to the aeration tank and removing excess activated sludge to sludge sites [1]
The disadvantages of the known known method and installation are: low biological treatment efficiency and the presence of significant quantities of excess activated sludge. This is due to the fact that the aerobic biological treatment site (aeration tank secondary sedimentation tank) works under conditions of high loads of organic pollution, while the biocenosis of activated sludge functions under non-optimal conditions of its life. As a result, the wastewater treatment indicators are not high enough and are far from the requirements that are imposed by the sanitary and epidemiological surveillance services on the waters discharged into the opening of water bodies and streams. In addition, the aeration tank directly assumes peak loads of organic pollution, which are associated with a significant unevenness in the supply of initial effluents and are caused by specific features of the production technological cycle of the enterprise.

Ввиду этого возможны срывы в работе очистных сооружений, проявляющиеся во вспухании активного ила во вторичных отстойниках, ингибировании микроорганизмов активного ила и практическом прекращении его функционирования в аэротенке в ходе биохимического процесса. Помимо вышеуказанного, в этих условиях из-за выхода значительных количеств избыточного активного ила имеет место перегрузка иловых карт и производственные трудности, связанные с удалением активного ила из очистных сооружений и с последующей утилизацией отходов. In view of this, disruptions in the operation of treatment facilities are possible, manifested in the swelling of activated sludge in secondary sumps, inhibition of activated sludge microorganisms and the practical termination of its functioning in aeration tanks during the biochemical process. In addition to the above, under these conditions, due to the release of significant amounts of excess activated sludge, sludge maps are overloaded and production difficulties associated with the removal of activated sludge from treatment plants and subsequent waste disposal.

Известен способ аэробной биологической очистки сточных вод (прототип), включающий механическую обработку исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу возвратного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из очистных сооружений и отвод очищенной воды [2]
Установка для осуществления аэробной биологической очистки сточных вод по известному способу (прототип) содержит устройство механической обработки исходной сточной воды для отделения от нее твердого осадка, первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, устройства вывода осажденного возвратного и избыточного активного ила из вторичного отстойника, подачи возвратного активного ила в аэротенк и отвода очищенной воды [2]
Недостатком известных способа и установки является недостаточно высокая эффективность очистки, необходимость вывода избыточного активного ила и его последующей утилизации, низкие показатели очистки сточных вод. Указанные недостатки обусловлены в первую очередь тем, что степень очистки существенно зависит от загрязненности исходных сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Органические примеси в исходных сточных водах находятся, как известно, в растворенном, коллоидном и твердофазном (крупно- и мелкодисперсном) состоянии.A known method of aerobic biological wastewater treatment (prototype), including mechanical processing of the source wastewater and separating solid sediment from it, settling wastewater in the primary sump and separating raw sludge from it, aerobic biological wastewater treatment with activated sludge in aeration tank, settling the waste mixture water and activated sludge in the secondary sump, the withdrawal of precipitated activated sludge from the secondary sump, the return of activated sludge to the aeration tank to participate in the biochemical oxidation process, treatment of excess activated sludge from sewage treatment plants and discharge purified water [2]
An apparatus for performing aerobic biological wastewater treatment according to a known method (prototype) comprises a mechanical treatment device for the source wastewater for separating solid sludge from it, a primary sump, aeration tank, a secondary sump, a device for removing precipitated return and excess activated sludge from the secondary sludge, and supplying a return activated sludge in aeration tank and drainage of purified water [2]
A disadvantage of the known method and installation is the insufficiently high cleaning efficiency, the need to remove excess activated sludge and its subsequent disposal, low wastewater treatment rates. These shortcomings are due primarily to the fact that the degree of treatment substantially depends on the contamination of the source wastewater entering the treatment plant. Organic impurities in the source wastewater are, as is known, in a dissolved, colloidal and solid-phase (coarse and finely dispersed) state.

При этом мелкодисперсная субстанция загрязнений отличается неудовлетворительной осаждаемостью, что не позволяет выделить ее на стадии механической очистки, в частности, в первичных отстойниках. В результате этого повышение концентрации взвешенных веществ в исходной сточной воде поступают на участок биологической очистки, что неизбежно приводит к существенному ухудшению показателей очистки в аэротенках. Кроме того, особенностью большинства производственных технологических процессов на предприятиях является наличие залповых изменений состава исходных сточных вод, подаваемых на очистные сооружения в течение суток. At the same time, the fine-dispersed substance of pollution is characterized by unsatisfactory sedimentation, which does not allow isolating it at the stage of mechanical treatment, in particular, in primary settling tanks. As a result of this, an increase in the concentration of suspended solids in the initial wastewater enters the biological treatment site, which inevitably leads to a significant deterioration in the cleaning performance in aeration tanks. In addition, the peculiarity of most production technological processes at enterprises is the presence of salvo changes in the composition of the initial wastewater supplied to the treatment plant during the day.

Резкие колебания концентраций взвешенных веществ в исходной сточной воде, поступающей на очистные сооружения, оказывают особо неблагоприятное воздействие на процесс биологической очистки из-за нарушения режимов питания сложных биоценозов активного ила аэротенков. Низкое качество очистки сточных вод связано также с относительно невысокой эффективности отделения активного ила из смеси его со сточной водой на выходе из аэротенков во вторичных отстойниках. Это связано с тем, что биофлокуляция активного ила в аэротенках и вторичных отстойниках осуществляется недостаточно интенсивно из-за малых концентраций внеклеточных биополимеров в иловой суспензии. Кроме того, технический процесс биологической очистки в аэротенках сопровождается существенным приростом биомассы, что приводит к наличию на выходе из очистных сооружений значительных количеств избыточного активного ила. Вывод избыточного активного ила из очистных сооружений на иловые площадки и необходимость строительства этих площадок для хранения и утилизации больших масс указанных отходов представляет из себя серьезную трудность и требует значительных энерго- и трудозатрат. Sharp fluctuations in the concentrations of suspended solids in the initial wastewater entering the treatment plant have a particularly unfavorable effect on the biological treatment process due to disturbance in the diet of complex biocenoses of activated sludge from aeration tanks. The low quality of wastewater treatment is also associated with the relatively low efficiency of separating activated sludge from a mixture of it with wastewater at the outlet of the aeration tanks in the secondary settling tanks. This is due to the fact that biofloculation of activated sludge in aerotanks and secondary sedimentation tanks is not intensive enough due to the low concentrations of extracellular biopolymers in the sludge suspension. In addition, the technical biological treatment process in aeration tanks is accompanied by a significant increase in biomass, which leads to the presence of significant amounts of excess activated sludge at the outlet of the treatment plant. The removal of excess activated sludge from wastewater treatment plants to sludge sites and the need to build these sites for the storage and disposal of large masses of these wastes is a serious difficulty and requires significant energy and labor costs.

Цель изобретения повышение эффективности очистки, улучшение качества очищенной сточной воды, исключение выхода избыточного активного ила из очистных сооружений и необходимости его утилизации, повышение надежности работы очистных сооружений. The purpose of the invention is improving the efficiency of treatment, improving the quality of treated wastewater, eliminating the release of excess activated sludge from treatment plants and the need for its disposal, increasing the reliability of treatment facilities.

Поставленная задача достигается тем, что при аэробной биологической очистке сточных вод, включающей механическую обработку исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу возвратного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды из очистных сооружений, согласно изобретению,
избыточный активный ил подвергают физико-механической обработке для стимулирования процесса выделения микроорганизмами внеклеточных биополимеров, повышении за счет этого биофлокулирующей способности иловой смеси и увеличения концентрации биокоагулянта в ней, при этом часть обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой пеpед подачей ее в первичный отстойник, а другую часть со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, причем процессы перемешивания указанных суспензий ведут в условиях максимального использования биофлокулирующей способности обработанной иловой смеси путем подбора режимов перемешивания по времени, интенсивности и характеру взаимодействия коагулирующих агентов с дисперсными твердыми и коллоидными частицами, а вид и режимы физико-механической обработки активного ила выбирают исходя из условия полного исчерпания белковых запасов клеток для обеспечения максимальной концентрации внеклеточных биополимеров в обрабатываемой среде.The problem is achieved in that during aerobic biological wastewater treatment, including mechanical treatment of the source wastewater and separation of solid sediment from it, settling of wastewater in the primary sump and separation of raw sludge from it, aerobic biological wastewater treatment with activated sludge in aeration tank, settling mixtures of wastewater and activated sludge in the secondary sump, withdrawal of precipitated activated sludge from the secondary sump, return of activated sludge to the aeration tank to participate in a biochemical process the oxidation process, the removal of excess activated sludge from the secondary sump and the removal of purified water from treatment plants, according to the invention,
excess activated sludge is subjected to physical and mechanical treatment to stimulate the process of excretion of extracellular biopolymers by microorganisms, thereby increasing the bio-flocculating ability of the sludge mixture and increasing the concentration of bio-coagulant in it, while part of the treated activated sludge is mixed with the original waste water before it is fed to the primary sump, and another part with a mixture of wastewater and activated sludge discharged from the aeration tank, before it is fed into the secondary sump, and the mixing processes are indicated suspensions are carried out under conditions of maximum use of the bioflocculating ability of the treated sludge mixture by selecting the mixing modes in time, intensity and nature of the interaction of coagulating agents with dispersed solid and colloidal particles, and the type and modes of physico-mechanical processing of activated sludge are selected based on the condition of complete exhaustion of protein reserves cells to ensure maximum concentration of extracellular biopolymers in the treated medium.

Физико-механическую обработку избыточного активного ила, подаваемого на перемешивание перед отстаиванием суспензий в первичном и вторичном отстойниках, могут вести раздельно, причем режимы обработки по времени и интенсивности воздействия на клетки микроорганизмов для иловой суспензии, подаваемой в дальнейшем во вторичный отстойник, выбирают более "щадящими", исходя из необходимости максимального сохранения клеточных структур при их последующей адгезии с дисперсными клетками в смеси сточной воды и активного ила в процессе перемешивания. Физико-механическую обработку активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный отстойник, ведут в течение 8-24 минут в зависимости от вида сточных вод, характера и интенсивности воздействия, а обработку ила, подаваемого во вторичный отстойник, ведут при времени вдвое меньшем при тех же условиях воздействия. Physico-mechanical treatment of excess activated sludge supplied to mixing before sedimentation of the suspensions in the primary and secondary sedimentation tanks can be carried out separately, and the treatment regimes in terms of time and intensity of exposure to microorganism cells for the sludge suspension, which is subsequently fed to the secondary sedimentation tank, are chosen to be more "gentle" "based on the need for maximum preservation of cell structures during their subsequent adhesion to dispersed cells in a mixture of wastewater and activated sludge during mixing Niya. Physico-mechanical treatment of activated sludge, subsequently fed to the primary sump, is carried out for 8-24 minutes depending on the type of wastewater, the nature and intensity of exposure, and sludge fed to the secondary sludge is treated at half the time for the same exposure conditions.

Физико-механическую обработку осуществляют путем механического, гидравлического, пневматического, кавитационного, ультразвукового или дезинтегрирующего воздействий на активный ил. Перемешивание обработанного активного ила с жидкими материальными средами перед подачей их в первичный и вторичный отстойники осуществляют механически, гидравлически или пневматически. Перемешивание обработанного активного ила с исходной сточной водой производят при времени вдвое-втрое большем, чем обработанного активного ила со смесью сточной воды и активного ила. Physico-mechanical processing is carried out by mechanical, hydraulic, pneumatic, cavitation, ultrasonic or disintegrating effects on activated sludge. Mixing the treated activated sludge with liquid material media before feeding them into the primary and secondary sumps is carried out mechanically, hydraulically or pneumatically. Mixing the treated activated sludge with the original waste water is carried out at a time twice to three times longer than the treated activated sludge with a mixture of wastewater and activated sludge.

Время перемешивания для суспензии, подаваемой в первичный отстойник, составляет 15-30 минут, а для суспензии, подаваемой во вторичный отстойник,
не более 5-10 минут. Перемешивание суспензии, подаваемой в первичный отстойник, производят предпочтительно пневматически для реализации процесса предварительного биохимического окисления легкоусваиваемых органических загрязнений в исходной сточной воде. Перемешивание суспензии, подаваемой во вторичный отстойник, производят предварительно пневматически для парирования процессов денитрификации при отстаивании во вторичном отстойнике и исключения последующего всплытия активного ила в нем.The mixing time for the suspension fed to the primary sump is 15-30 minutes, and for the suspension fed to the secondary sump,
no more than 5-10 minutes. Mixing of the suspension fed to the primary sump is preferably carried out pneumatically to implement the process of preliminary biochemical oxidation of easily digestible organic contaminants in the source wastewater. Mixing of the suspension supplied to the secondary sump is carried out previously pneumatically to parry the processes of denitrification during sedimentation in the secondary sump and to exclude subsequent flooding of activated sludge in it.

Количество избыточного активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный и вторичный отстойники, выбирают из соотношения 3:1. Для коагуляции используют активный ил, находящийся в эндогенной фазе метаболизма в процессе аэробной биологической очистки сточных вод. Эндогенную фазу метаболизма обеспечивают путем создания режимов культивирования микроорганизмов при аэробной биологической очистке, обеспечивающих последовательную смену условий их питания от избытка питательного субстрата до глубокой старвации микроорганизмов. Состав биоценоза активного ила в процессе аэробной биологической очистки формируют преимущественно из флокулирующих микроорганизмов путем введения в сточную воду предварительно выращенного консорциума, обеспечивающего сдвиг процесса формирования биоценоза в сторону подавления роста нитчатых и нефлокулирующих микроорганизмов. The amount of excess activated sludge supplied subsequently to the primary and secondary sumps is selected from a ratio of 3: 1. For coagulation using activated sludge, which is in the endogenous phase of metabolism in the process of aerobic biological wastewater treatment. The endogenous phase of metabolism is provided by creating regimes for the cultivation of microorganisms during aerobic biological treatment, providing a consistent change in their nutritional conditions from excess nutrient substrate to deep aging microorganisms. The composition of the activated sludge biocenosis in the process of aerobic biological treatment is formed mainly from flocculating microorganisms by introducing a pre-grown consortium into wastewater, which provides a biocenosis formation process shift towards suppressing the growth of filamentous and non-flocculating microorganisms.

Поставленная цель достигается также тем, что в установке для аэробной биологической очистки сточных вод, содержащей устройство механической обработки исходной сточной воды для отделения от нее твердого осадка, первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, устройства вывода осажденного возвратного и избыточного активного ила из вторичного отстойника, подачи возвратного активного ила в аэротенк и отвода очищенной воды, согласно изобретению, она дополнительно снабжена устройством физико-механической обработки избыточного активного ила для интенсификации процесса биофлокуляции и параллельно подключенными к указанному устройству перемешивающими устройствами для смешения части обработанного активного ила с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник и для смешения другой части обработанного активного ила со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник. This goal is also achieved by the fact that in the installation for aerobic biological wastewater treatment, containing a device for the mechanical treatment of the source wastewater for separating solid sediment from it, a primary sump, aeration tank, a secondary sump, a device for removing precipitated return and excess activated sludge from the secondary sump, feed return activated sludge into the aeration tank and drain purified water, according to the invention, it is additionally equipped with a device for physico-mechanical processing of excess active sludge to intensify the bioflocculation process and stirring devices connected in parallel to the indicated device to mix part of the treated activated sludge with the source waste water before feeding it to the primary sump and to mix another part of the treated activated sludge with a mixture of wastewater and activated sludge discharged from the aeration tank, before feeding it into the secondary sump.

Устройство физико-механической обработки активного ила может состоять из двух параллельно подключенных блоков для обработки активного ила, поступающего в дальнейшем в первичный и вторичный отстойники. Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде емкостей, снабженных механическими перемешивающими устройствами типа мешалок или гидравлическими перемешивающими устройствами, например, циркуляционными насосами. Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде емкостей, снабженных пневмоаэраторами, либо в виде магистральных материалопроводов с установленными в них поперечными воздушными стеновыми завесами. A device for physicomechanical processing of activated sludge may consist of two parallel-connected units for processing activated sludge, which subsequently enters the primary and secondary settling tanks. A device for physicomechanical processing of activated sludge or blocks comprising it is made in the form of containers equipped with mechanical mixing devices such as mixers or hydraulic mixing devices, for example, circulation pumps. The device for physicomechanical processing of activated sludge or its components are made in the form of tanks equipped with pneumatic aerators, or in the form of main material pipelines with transverse air curtains installed in them.

Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде кавитационных устройств, состоящих из размещенных в магистральных материалопроводах перфорированных жестких или гибких мембран, расположенных последовательно одна за другой по длине материалопровода на расстояниях, обеспечивающих последовательное сужение и расширение обрабатываемого потока иловой суспензии. Проходные сечения мембран являются постоянными, уменьшающимися либо увеличивающимися по ходу движения иловой суспензии. Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде ультразвуковых гидродинамических излучателей. Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде дезинтеграторов клеток. The device for physicomechanical processing of activated sludge or its components are made in the form of cavitation devices, consisting of perforated rigid or flexible membranes located in the main pipelines, arranged sequentially one after the other along the length of the pipelines at distances providing a consistent narrowing and expansion of the treated sludge suspension stream. The flow sections of the membranes are constant, decreasing or increasing along the course of the movement of the silt suspension. The device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent blocks are made in the form of ultrasonic hydrodynamic emitters. A device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent blocks is made in the form of cell disintegrants.

Перемешивающие устройства выполнены в виде емкостей, снабженных механическими, гидравлическими либо пневматическими смесительными устройствами. The mixing devices are made in the form of containers equipped with mechanical, hydraulic or pneumatic mixing devices.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный способ отличается новой совокупностью признаков, состоящий в том, что избыточный активный ил подвергают физико-механической обработке для стимулирования процесса выделения микроорганизмами внеклеточных биополимеров, повышения за счет этого биофлокулирующей способности иловой смеси и увеличения концентрации биокоагулянта в ней, при этом часть обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а другую часть со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, причем процессы перемешивания указанных суспензий ведут в условиях максимального использования биофлокулирующей способности обработанной иловой смеси путем подбора режимов перемешивания по времени, интенсивности и характеру взаимодействия коагулирующих агентов с дисперсными твердыми и коллоидными частицами, а вид и режимы физико-механической обработки активного ила выбирают исходя из условия полного исчерпания белковых запасов клеток для обеспечения максимальной концентрации внеклеточных биополимеров в обрабатываемой среде. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed method is characterized by a new set of features, consisting in the fact that excess activated sludge is subjected to physical and mechanical treatment to stimulate the process of excretion of extracellular biopolymers by microorganisms, thereby increasing the sludge mixture bioflocculating ability and increasing the concentration of biocoagulant in it, while part of the treated activated sludge is mixed with the original waste water before it is fed to the primary sump, and the other part is mixed water wastewater and activated sludge discharged from the aeration tank, before it is fed into the secondary sump, and the processes of mixing these suspensions are carried out under conditions of maximum use of the bioflocculating ability of the treated sludge mixture by selecting the mixing modes in time, intensity and nature of the interaction of coagulating agents with dispersed solid and colloidal particles, and the type and regimes of physico-mechanical processing of activated sludge is selected based on the condition of complete exhaustion of protein reserves of cells to maximize the concentration of extracellular biopolymers in the treated environment.

Физико-механическую обработку избыточного активного ила, подаваемого на перемешивание перед отстаиванием суспензий в первичном и вторичном отстойниках, ведут раздельно, причем режимы обработки по времени и интенсивности воздействия на клетки микроорганизмов для иловой суспензии, подаваемой в дальнейшем во вторичный отстойник, выбирают более "щадящими", исходя из необходимости максимального сохранения клеточных структур при их последующей адгезии с дисперсными клетками в смеси сточной воды и активного ила в процессе перемешивания. Physico-mechanical treatment of excess activated sludge supplied to mixing before sedimentation of the suspensions in the primary and secondary sedimentation tanks is carried out separately, and the treatment regimes in terms of time and intensity of exposure to microorganism cells for the sludge suspension, which is subsequently fed to the secondary sedimentation tank, are chosen more "gentle" based on the need to maximize the preservation of cell structures during their subsequent adhesion to dispersed cells in a mixture of wastewater and activated sludge during mixing.

Физико-механическую обработку активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный отстойник, ведут в течение 8-24 минут в зависимости от вида сточных вод, характера и интенсивности воздействия, а обработку ила, подаваемого во вторичный отстойник, ведут при времени вдвое меньшем при тех же условиях воздействия. Физико-механическую обработку осуществляют путем механического, гидравлического, пневматического, кавитационного, ультразвукового или дезинтегрирующего воздействий на активный ил. Перемешивание обработанного активного ила с жидкими материальными средами перед подачей их в первичный и вторичные отстойники осуществляют механически, гидравлически или пневматически. Перемешивание обработанного активного ила с исходной сточной водой производят при времени вдвое втрое большем, чем обработанного активного ила со смесью сточной воды и активного ила. Время перемешивания для суспензии, подаваемой в первичный отстойник, составляет 15-30 минут, а для суспензии, подаваемой во вторичный отстойник, не более 5-10 минут. Physico-mechanical treatment of activated sludge, subsequently fed to the primary sump, is carried out for 8-24 minutes depending on the type of wastewater, the nature and intensity of exposure, and sludge fed to the secondary sludge is treated at half the time for the same exposure conditions. Physico-mechanical processing is carried out by mechanical, hydraulic, pneumatic, cavitation, ultrasonic or disintegrating effects on activated sludge. Mixing the treated activated sludge with liquid material media before feeding them into the primary and secondary settling tanks is carried out mechanically, hydraulically or pneumatically. Mixing the treated activated sludge with the source wastewater is carried out at a time twice as three times that of the treated activated sludge with a mixture of wastewater and activated sludge. The mixing time for the suspension fed to the primary sump is 15-30 minutes, and for the suspension fed to the secondary sump, no more than 5-10 minutes.

Перемешивание суспензии, подаваемой в первичный отстойник, производят предпочтительно пневматически для реализации процесса предварительного биохимического окисления легкоусваиваемых органических загрязнений в исходной сточной воде. Перемешивание суспензии, подаваемой во вторичный отстойник, производят предпочтительно пневматически для парирования процессов денитрификации при отстаивании во вторичном отстойнике и исключения последующего всплытия активного ила в нем. Mixing of the suspension fed to the primary sump is preferably carried out pneumatically to implement the process of preliminary biochemical oxidation of easily digestible organic contaminants in the source wastewater. Mixing of the suspension supplied to the secondary sump is preferably carried out pneumatically to parry the denitrification processes during sedimentation in the secondary sump and to prevent subsequent flooding of activated sludge in it.

Количество избыточного активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный и вторичный отстойник, выбирают из соотношения 3:1. Для коагуляции используют активный ил, находящийся в эндогенной фазе метаболизма в процессе аэробной биологической очистки сточных вод. Эндогенную фазу метаболизма обеспечивают путем создания режимов культивирования микроорганизмов при аэробной биологической очистке, обеспечивающих последовательную смену условий их питания от избытка питательного субстрата до глубокой старвации микроорганизмов. The amount of excess activated sludge supplied subsequently to the primary and secondary sump is selected from a ratio of 3: 1. For coagulation using activated sludge, which is in the endogenous phase of metabolism in the process of aerobic biological wastewater treatment. The endogenous phase of metabolism is provided by creating regimes for the cultivation of microorganisms during aerobic biological treatment, providing a consistent change in their nutritional conditions from excess nutrient substrate to deep aging microorganisms.

Состав биоценоза активного ила в процессе аэробной биологической очистки формируют преимущественно из флокулирующих микроорганизмов путем введения в сточную воду предварительно выращенного консорциума, обеспечивающего сдвиг процесса формирования биоценоза в сторону подавления роста нитчатых и нефлокулирующих микроорганизмов. The composition of the activated sludge biocenosis in the process of aerobic biological treatment is formed mainly from flocculating microorganisms by introducing a pre-grown consortium into wastewater, which provides a biocenosis formation process shift towards suppressing the growth of filamentous and non-flocculating microorganisms.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная установка для аэробной биологической очистки сточных вод отличается новой совокупностью признаков, состоящей в том, что она дополнительно снабжена устройством физико-механической обработки избыточного активного ила для интенсификации процесса биофлокуляции и параллельно подключенными к указанному устройству перемешивающими устройствами для смешения части обработанного активного ила с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник и для смешения другой части обработанного активного ила со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed installation for aerobic biological wastewater treatment is characterized by a new set of features, consisting in the fact that it is additionally equipped with a device for physicomechanical treatment of excess activated sludge to intensify the biofloculation process and in parallel connected to the specified device mixing devices for mixing parts of the treated activated sludge with the source wastewater before it is fed to the primary sump and for mixing th part of the treated activated sludge with a mixture of wastewater and activated sludge discharged from the aeration tank, before feeding it into the secondary sump.

Устройство физико-механической обработки активного ила состоит из двух параллельно подключенных блоков для обработки активного ила, поступающего в дальнейшем в первичный и вторичный отстойники. Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде емкостей, снабженных механическими перемешивающими устройствами типа мешалок или гидравлическими перемешивающими устройствами, например, циркуляционными насосами. Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде емкостей, снабженных пневмоаэраторами, либо в виде магистральных материалопроводов с установленными в них поперечными воздушными стеновыми завесами. The device for physicomechanical processing of activated sludge consists of two parallel-connected units for processing activated sludge, which subsequently enters the primary and secondary sumps. A device for physicomechanical processing of activated sludge or blocks comprising it is made in the form of containers equipped with mechanical mixing devices such as mixers or hydraulic mixing devices, for example, circulation pumps. The device for physicomechanical processing of activated sludge or its components are made in the form of tanks equipped with pneumatic aerators, or in the form of main material pipelines with transverse air curtains installed in them.

Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде кавитационных устройств, состоящих из размещенных в магистральных материалопроводах перфорированных жестких или гибких мембран, расположенных последовательно одна за другой по длине материалопровода на расстояниях, обеспечивающих последовательное сужение и расширение обрабатываемого потока иловой суспензии. Проходные сечения мембран являются постоянными, уменьшающимися либо увеличивающимися по ходу движения иловой суспензии. Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде ультразвуковых гидродинамических излучателей. Устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде дезинтеграторов клеток. Перемешивающие устройства выполнены в виде емкостей, снабженных механическими, гидравлическими либо пневматическими смесительными устройствами. The device for physicomechanical processing of activated sludge or its components are made in the form of cavitation devices, consisting of perforated rigid or flexible membranes located in the main pipelines, arranged sequentially one after the other along the length of the pipelines at distances providing a consistent narrowing and expansion of the treated sludge suspension stream. The flow sections of the membranes are constant, decreasing or increasing along the course of the movement of the silt suspension. The device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent blocks are made in the form of ultrasonic hydrodynamic emitters. A device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent blocks is made in the form of cell disintegrants. The mixing devices are made in the form of containers equipped with mechanical, hydraulic or pneumatic mixing devices.

Указанные обстоятельства свидетельствуют о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна". These circumstances indicate that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявленного способа и установки с известными показывает, что они для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень". Comparison of the claimed method and installation with the known shows that they for a specialist should not be explicitly from the prior art, which indicates that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Заявленное техническое решение является промышленно применимым и используется на ряде экспериментальных установок и действующих комплексов биологической очистки как производственных, так и хозяйственно-бытовых сточных вод (см. далее примеры конкретной реализации способа). The claimed technical solution is industrially applicable and is used in a number of experimental plants and existing biological treatment complexes for both industrial and domestic wastewater (see further examples of a specific implementation of the method).

Аэробная биологическая очистка сточных вод предлагаемым способом осуществляется следующим образом. Aerobic biological wastewater treatment of the proposed method is as follows.

Исходная сточная вода, поступающая на очистные сооружения, подвергается механической обработке, в результате которой от нее отделяется твердый осадок в виде крупных включений органического и минерального происхождения. После этого сточная вода перемешивается с коагулянтом, в качестве которого используется предварительно обработанный избыточный активный ил, подаваемый из вторичных отстойников участка аэробной биологической очистки. Предварительная обработка избыточного активного ила состоит в том, что он в той или иной степени подвергается интенсивному физико-механическому воздействию на клетки микроорганизмов с целью стимулирования выделения ими внеклеточных биополимеров. Последние играют определяющую роль в процессе биофлокуляции и формирования агрегативной субстанции в сточной воде после перемешивания ее с обработанным активным илом и в процессе отстаивания смеси в первичном отстойнике. The initial wastewater entering the treatment plant is subjected to mechanical treatment, as a result of which solid sediment is separated from it in the form of large inclusions of organic and mineral origin. After that, the wastewater is mixed with a coagulant, which is used as a pre-treated excess activated sludge supplied from the secondary settlers of the aerobic biological treatment section. Pretreatment of excess activated sludge consists in the fact that it is, to one degree or another, subjected to intense physical and mechanical effects on microorganism cells in order to stimulate their release of extracellular biopolymers. The latter play a decisive role in the process of biofloculation and the formation of an aggregative substance in wastewater after mixing it with treated activated sludge and in the process of settling the mixture in the primary sump.

Физико-механическая обработка активного ила может осуществляться различными способами в зависимости от его вида, микробиологического состава, возраста и других характеристик. Physico-mechanical treatment of activated sludge can be carried out in various ways, depending on its type, microbiological composition, age and other characteristics.

Сущность предварительной обработки активного ила состоит в том, что с помощью различных по своему принципу воздействий (ультразвуковому гидродинамическому, кавитационному гидродинамическому, дезинтегрирующему) создаются условия, обеспечивающие непрерывное выделение микроорганизмами биополимеров. В основе этого процессе лежит то, что микроорганизмы активного ила (бактерии) в процессе своей жизнедеятельности образуют и выделяют особые вещества внеклеточные биополимеры, которые и являются в дальнейшем основными флокулирующими агентами. Флокуляция бактерий активного ила происходит в аэротенке и вторичном отстойнике и состоит в образовании ассоциаций флокул. Флокулы захватывают и удерживают в своем объеме органические и минеральные вещества, находящиеся в коллоидном и мелкодисперсном состоянии. The essence of the pre-treatment of activated sludge is that with the help of various in principle impacts (ultrasonic hydrodynamic, cavitation hydrodynamic, disintegrating), conditions are created that ensure the continuous release of biopolymers by microorganisms. The basis of this process is the fact that microorganisms of activated sludge (bacteria) in the course of their life form and secrete special substances extracellular biopolymers, which are subsequently the main flocculating agents. Flocculation of activated sludge bacteria occurs in aeration tanks and secondary sedimentation tanks and consists in the formation of flocculus associations. Flocs capture and retain in their volume organic and mineral substances in colloidal and finely dispersed state.

Флокулирующий активный ил в процессе осаждения увлекает в осадок все виды дисперсных взвешенных веществ, находящихся в сточной воде (дисперсные клетки микроорганизмов, остаточные продукты метаболизма органического субстрата и другие вещества, находящиеся в коллоидном и мелкодисперсном состоянии). Flocculating activated sludge during the sedimentation process entrains all kinds of dispersed suspended solids in wastewater (dispersed cells of microorganisms, residual metabolic products of the organic substrate and other substances in colloidal and finely dispersed state).

Благодаря свойству захвата флокулами коллоидных и мелкодисперсных частиц, находящихся в смеси, флокуляция позволяет интенсифицировать процесс отстаивания в первичных отстойниках. Это, в свою очередь, обеспечивает снижение нагрузки по органическим загрязнениям на последующую ступень очистки аэротенки, где осуществляется процесс биохимического окисления загрязнений и обеспечивается снятие около 70% всех органических загрязнений, находящихся в исходной сточной жидкости. Поэтому для повышения эффективности осаждения и улучшения качества осветления жидкости в первичных отстойниках необходимо в максимальной степени интенсифицировать процесс биофлокуляции. Для этого необходимо, с одной стороны, получить как можно больше флокул центров коагуляции, а, с другой стороны, в максимальной степени интенсифицировать выделение клетками бактерий активного ила внеклеточных биополимеров. Due to the ability of floccules to capture colloidal and finely dispersed particles in the mixture, flocculation allows to intensify the settling process in primary sedimentation tanks. This, in turn, ensures a reduction in the load of organic pollutants on the next stage of cleaning the aeration tanks, where the process of biochemical oxidation of pollutants is carried out and about 70% of all organic pollutants in the initial wastewater are removed. Therefore, to increase the efficiency of sedimentation and improve the quality of clarification of the liquid in the primary clarifiers, it is necessary to intensify the process of biofloculation to the maximum extent. For this, it is necessary, on the one hand, to obtain as many flocs of coagulation centers as possible, and, on the other hand, to maximize the intensification of the release of extracellular biopolymers by activated sludge by bacterial cells.

Процесс, обеспечивающий оба вышеуказанных эффекта, может быть реализован путем воздействия на клетки микроорганизмов активного ила различными физико-механическими методами с целью непрерывного (в течение определенного времени) удаления (срыва) непрерывно выделяемых клетками бактерий внеклеточных биополимерных фибриллярных структур. Поскольку материалом для образования последних служат запасные (резервные) жировые вещества клетки, то этот процесс идет до полного исчерпания клеточных запасов. Поэтому необходимо осуществлять физико-механическое воздействие до тех пор, пока после удаления с поверхности клетки биополимеров она будет уже не в состоянии восстанавливать их за счет своих запасных веществ, необходимых для ее нормальной жизнедеятельности. После исчерпания запасных веществ клетки бактерий лизируются и разрушаются, образуя дополнительные центры коагуляции. The process, providing both of the above effects, can be implemented by exposing the cells of microorganisms of activated sludge to various physical and mechanical methods to continuously (within a certain time) remove (disrupt) the extracellular biopolymer fibrillar structures continuously released by bacterial cells. Since the material for the formation of the latter are the reserve (reserve) fatty substances of the cell, this process continues until the cell reserves are completely exhausted. Therefore, it is necessary to carry out a physical and mechanical action until, after removal of biopolymers from the cell surface, it will no longer be able to restore them due to its reserve substances necessary for its normal functioning. After exhaustion of reserve substances, bacterial cells are lysed and destroyed, forming additional coagulation centers.

Как показали экспериментальные исследования, оптимальное потребное время воздействия на клетки микроорганизмов активного ила зависит от вида сточных вод и свойстве самого активного ила и составляет 8-24 мин. При меньшем времени обработки снижается количество выделяемых клетками биополимеров, т.к. запасные резервы клеток не исчерпываются полностью. При большем времени обработки дальнейшее механическое воздействия на клетку, уже лизированную и разрушающуюся, приводит к улучшению дальнейшего процесса флокулирования смеси исходной сточной жидкости и обработанного активного ила. As experimental studies have shown, the optimal required time for exposure to cells of microorganisms of activated sludge depends on the type of wastewater and the property of activated sludge itself and is 8-24 minutes. With shorter processing times, the amount of biopolymers secreted by cells is reduced, because spare reserves of cells are not completely exhausted. With a longer processing time, further mechanical action on the cell, already lysed and degraded, leads to an improvement in the further process of flocculation of the mixture of the initial waste fluid and treated activated sludge.

Физико-механическая обработка, различная по своей природе, имеет в своей основе гидродинамическое или механическое воздействие на внешнюю поверхность клетки, на которой концентрируются выделяемые последней биополимерные структуры, имеющие вид фибриллярного чехла, охватывающего клетку. Гидромеханическое воздействие может производиться за счет генерирования в сточной жидкости ультразвуковых колебаний (ультразвуковой "ветер") с помощью ультразвукового излучателя (свистка), либо путем создания кавитационного режима течения, сопровождающегося резкими скачками давления в жидкой среде (при перекачке жидкости через магистрали с резко изменяющимися проходными геометрическими сечениями). Physicomechanical treatment, which is different in nature, is based on hydrodynamic or mechanical effects on the outer surface of the cell, on which the biopolymer structures secreted by the latter are concentrated, having the form of a fibrillar cover covering the cell. Hydromechanical action can be carried out by generating ultrasonic vibrations in the waste fluid (ultrasonic "wind") using an ultrasonic emitter (whistle), or by creating a cavitation flow regime accompanied by sharp pressure surges in the liquid medium (when pumping liquid through highways with sharply changing passage geometric sections).

Для механического воздействия на клеточные структуры бактерий могут использоваться различные методы дезинтеграции. Однако в этом случае должен быть создан "щадящий" режим воздействия на клетки, который обеспечивает исключение деструкции и преждевременное разрушение самих клеточных структур. Various methods of disintegration can be used to mechanically affect the cellular structures of bacteria. However, in this case, a "gentle" mode of action on the cells should be created, which ensures the exclusion of destruction and premature destruction of the cellular structures themselves.

При превышении степени механического воздействия выше этого предела клеточные оболочки немедленно разрушаются, жизнедеятельность клеток прекращается, а значит прекращается и выделение ими биополимеров. Механизм воздействия на поверхностные чехлы клеток, содержащие биополимеры, состоит в сущности в том, что в условиях интенсивного вихреобразования и резкого изменения поля скоростей, создаваемых при гидродинамическом и механическом воздействиях на поток иловой суспензии, осуществляется силовое нормальное и касательное давление на поверхностные структуры клеток. If the degree of mechanical action is exceeded above this limit, the cell membranes are immediately destroyed, the vital activity of the cells ceases, and hence the release of biopolymers by them also ceases. The mechanism of action on the surface covers of cells containing biopolymers consists in the fact that under conditions of intense vortex formation and a sharp change in the velocity field created by hydrodynamic and mechanical influences on the flow of silt suspension, normal and tangential pressure is exerted on the surface structures of cells.

Интенсивность этого силового воздействия зависит от конструктивного оформления устройств для физико-механической обработки. При этом более слабые воздействия имеют место при пропускании суспензии через насосы (в межлопаточных каналах создается неустановившееся течение жидкости), материалопроводы с плавно меняющимися проходными сечениями (диафрагмами). The intensity of this force depends on the design of the devices for physical and mechanical processing. At the same time, weaker effects occur when the suspension is passed through pumps (an unsteady fluid flow is created in the interscapular channels), material pipelines with smoothly changing flow sections (diaphragms).

Наиболее сильные воздействия реализуются в материалопроводах с резко меняющимися проходными сечениями (жесткими мембранами) при создании кавитационного течения в потоке, когда при падении абсолютного давления жидкости до упругости ее насыщенных паров возникает интенсивное выделение растворенных в жидкости газов и образование пузырьков пара (кипение жидкости). The strongest influences are realized in material pipelines with sharply changing flow cross sections (rigid membranes) when creating a cavitation flow in a stream, when, when the absolute pressure of the liquid drops to the elasticity of its saturated vapors, intense release of gases dissolved in the liquid and the formation of vapor bubbles (boiling of the liquid) occur.

При дальнейшем продвижении потока в область повышенного давления происходит смыкание (конденсация) паровых пузырьков, приводящая к ударам частиц жидкости по стенкам клеток, покрытых биополимерными чехлами. Возникающие при этом резкие местные повышения давления вызывают вибрации и разрушение поверхностных слоев (так называемую "кавитационную эрозию"). Динамическая реакция потока на помещенное в него тепло ( в данном случае клетку) определяется секундным изменением количества движения потока в относительном движении: чем больше это изменение, тем значительнее силовое воздействие при ударе струи о поверхность тела клетки. Поэтому виды и режимы физико-механической обработки выбирают исходя из условий полного исчерпания белковых запасов клеток. В этом случае достигается максимальная концентрация биополимеров и центров коагуляции в иловой смеси. With further advancement of the flow to the high-pressure region, vapor bubbles close (condense), leading to shock of liquid particles on the cell walls coated with biopolymer covers. The sharp local pressure increases that arise in this case cause vibrations and destruction of the surface layers (the so-called "cavitation erosion"). The dynamic reaction of the flow to the heat placed in it (in this case, the cell) is determined by the second change in the amount of movement of the flow in relative motion: the larger this change, the greater the force impact when the jet hits the surface of the cell body. Therefore, the types and modes of physical and mechanical processing are selected based on the conditions of complete exhaustion of protein reserves of cells. In this case, the maximum concentration of biopolymers and coagulation centers in the sludge mixture is achieved.

Обработанная указанными выше способами суспензия активного ила состоит из биополимеров, находящихся в них дисперсных клеток (как живых, так и разрушенных), и уже образовавшихся флокул бактерий. The activated sludge suspension treated by the above methods consists of biopolymers, dispersed cells (both living and destroyed) in them, and already formed bacterial flocs.

После физико-механической обработки активный ил, как указывалось выше, перемешивается с поступающей с участка механической очистки сточной водой. В процессе перемешивания полученной смеси происходит интенсивное флокулообразование за счет высокой концентрации в смеси биофлокуляторов. При этом агрегатирование происходит путем захвата в образующиеся флокулы мелкодисперсных твердых и коллоидных частиц, являющихся основными носителями органических загрязнений. Этим достигается существенное снятие нагрузок по органическим загрязнениям на участок биологической очистки (аэротенк) так как образовавшиеся флокулы вместе с захваченными ими органическими включателями интенсивно осаждаются в дальнейшем при отстаивании в первичном отстойнике. В результате этого сточная вода, поступающая на вход в аэротенк, имеет значительно лучшие интегральные характеристики, особенно по концентрации взвешенных веществ. After physico-mechanical treatment, activated sludge, as mentioned above, is mixed with sewage coming from the mechanical treatment section. In the process of mixing the mixture, intense flocculation occurs due to the high concentration in the mixture of bioflocculators. At the same time, aggregation occurs by trapping finely dispersed solid and colloidal particles, which are the main carriers of organic pollutants, in the flocs formed. This achieves a significant removal of loads of organic contaminants on the biological treatment site (aeration tank), since the flocs formed, together with the organic switches captured by them, are intensively precipitated in the future during settling in the primary sedimentation tank. As a result, the wastewater entering the aeration tank has significantly better integral characteristics, especially in terms of the concentration of suspended solids.

Это обеспечивает создание оптимальных условий протекания биохимических процессов окисления в аэротенке и приводит в конечном счете к повышению эффективности в работе очистных сооружений в целом. Перемешивание смеси сточной воды с обработанным активным илом перед подачей ее в первичный отстойник может производиться различными способами. Главная задача состоит в том, чтобы процесс перемешивания проходил в условиях максимального использования биофлокулирующей способности предварительно обработанной силовой смеси. С этой целью производится подбор режимов перемешивания по времени, интенсивности и характеру взаимодействия коагуляционных агентов с дисперсными твердыми и коллоидными частицами. Перемешивание обработанного активного ила может производиться в течение 15 30 минут в зависимости от способа и интенсивности смешивания. В процессе перемешивания в присутствии биополимерной субстанции в смеси протекают интенсивные процессы биофлокуляции. This ensures the creation of optimal conditions for the flow of biochemical oxidation processes in the aeration tank and ultimately leads to increased efficiency in the operation of treatment facilities as a whole. Mixing a mixture of wastewater with treated activated sludge before feeding it to the primary sump can be done in various ways. The main task is for the mixing process to take place under conditions of maximum use of the bioflocculating ability of the pre-treated force mixture. For this purpose, mixing modes are selected according to the time, intensity and nature of the interaction of coagulation agents with dispersed solid and colloidal particles. Mixing the treated activated sludge can be carried out for 15 to 30 minutes, depending on the method and intensity of mixing. In the process of mixing in the presence of biopolymer substance, intensive processes of biofloculation occur in the mixture.

При этом имеет место процесс гетерокоагуляции, при котором две дисперсные системы (микроорганизмы активного ила и частицы загрязнений) коагулируют друг друга в результате адгезии частиц одной дисперсной фазы к частицам другой. В результате этого образуется суспензия, содержащая крупные агрегаты флокулы, которая подается на разделение в отстойник. Агрегаты частиц, имеющих большие размеры, быстро осаждаются, что повышает эффективность осаждения в отстойнике и улучшает качество осветленной сточной воды. Это, в свою очередь, позволяет существенно снизить материальные и эксплуатационные затраты на очистку сточной воды. Кроме того, одновременно решается вопрос утилизации избыточного активного ила очистных сооружений, а также улучшается экологическая обстановка за счет исключения загрязнений почвы и подземных вод при складировании отходов очистки сточных вод на иловых площадках. Способы перемешивания иловой суспензии со сточной водой перед первичным отстойником могут быть механические, гидравлические и пневматические. При этом пневматический способ перемешивания более предпочтителен, т.к. в этом случае в процессе перемешивания реализуется процесс предварительного биохимического окисления легко усваиваемых активным илом органических загрязнений в исходной сточной воде (в смеси имеются микроорганизмы активного ила, воздух для их дыхания и избыток органического субстракта). In this case, there is a process of heterocoagulation, in which two dispersed systems (activated sludge microorganisms and pollution particles) coagulate each other as a result of adhesion of particles of one dispersed phase to particles of another. As a result of this, a suspension is formed containing large floccule aggregates, which is fed to a separation tank. Aggregates of particles with large sizes, quickly deposited, which increases the efficiency of sedimentation in the sump and improves the quality of clarified wastewater. This, in turn, can significantly reduce material and operating costs for wastewater treatment. In addition, at the same time the issue of disposal of excess activated sludge from wastewater treatment plants is being addressed, and the environmental situation is improving due to the elimination of soil and groundwater pollution when storing wastewater treatment wastes at silt sites. The methods of mixing the sludge suspension with waste water in front of the primary sump can be mechanical, hydraulic and pneumatic. In this case, a pneumatic mixing method is more preferable, because in this case, during the mixing process, a process of preliminary biochemical oxidation of organic pollutants easily absorbed by activated sludge in the initial wastewater (the mixture contains microorganisms of activated sludge, air for breathing them and an excess of organic substrate) is realized.

После перемешивания сточная вода, содержащая крупные твердые частицы (прошедшие через участок механической очистки и не задержанные на нем) и сфлокулированные в агрегаты мелкие твердые и коллоидные частицы, подвергается отстаиванию в первичном отстойнике. Ввиду увеличения концентрации крупных агломератов клеток активного ила и загрязняющих включений эффективность отстаивания существенно возрастает, что обеспечивает снижение концентрации органических загрязнений в осветленной сточной воде и тем самым уменьшает нагрузку по органическим загрязнениям на последнюю ступень очистки участок биологической очистки (аэротенк). After mixing, the wastewater containing large solid particles (passed through the mechanical cleaning section and not retained on it) and small solid and colloidal particles flocculated into aggregates is subjected to sedimentation in the primary settler. Due to the increase in the concentration of large agglomerates of activated sludge cells and polluting inclusions, the effectiveness of sedimentation increases significantly, which ensures a decrease in the concentration of organic pollutants in clarified wastewater and thereby reduces the load on organic pollutants at the last stage of treatment of the biological treatment section (aeration tank).

Осветленная в первичном отстойнике сточная вода подвергается аэробной биологической очистке в аэротенке, где реализуется процесс ее биохимического окисления в присутствии непрерывно циркулирующего (возвратного) активного ила, подаваемого из вторичных отстойников. В предлагаемом способе процесс биохимического окисления имеет особенность, состоящую в том, что процесс культивирования микроорганизмов активного ила производится в условиях чередования режимов питания от режимов избытка питательных веществ до режимов старвации (питательного голода) микроорганизмов. Это реализуется с помощью вытеснительного гидравлического процесса, в ходе которого микроорганизмы активного ила проходят последовательно через указанные выше условия и цикличеки подвергаются воздействию по концентрации питательной среды и по степени ее усваиваемости ( от легко- до трудноусваиваемого питательного субстракта). Выращенный и прошедший длительную тренировку активный ил адаптируется к создаваемым условиям и обеспечивает высокую степень биохимической очистки и достаточно полную глубину усвоения питательных веществ загрязнений. The wastewater clarified in the primary sump is subjected to aerobic biological treatment in an aeration tank, where its biochemical oxidation is carried out in the presence of continuously circulating (return) activated sludge supplied from the secondary sumps. In the proposed method, the biochemical oxidation process has a feature consisting in the fact that the process of cultivating microorganisms of activated sludge is carried out under conditions of alternating dietary regimes from modes of excess nutrients to modes of aging (nutrient starvation) of microorganisms. This is realized by means of a displacement hydraulic process during which microorganisms of activated sludge pass successively through the above conditions and are cyclically exposed to the concentration of the nutrient medium and the degree of its digestibility (from easily-digestible nutrient substrate). The activated sludge grown and past a long training session adapts to the created conditions and provides a high degree of biochemical treatment and a sufficiently complete depth of assimilation of nutrients in the pollutants.

Отсутствие высококонцентрированных органических веществ на входе в аэротенк, обеспечиваемое с помощью создания эффективных условий осаждения в первичном отстойнике, создает благоприятные условия для протекания как самого биохимического процесса, так и надежности и устойчивости работы аэротенка в целом при резко неравномерных концентрациях подаваемого в него исходной сточной воды. The absence of highly concentrated organic substances at the entrance to the aeration tank, ensured by creating effective deposition conditions in the primary sump, creates favorable conditions for the flow of both the biochemical process itself and the reliability and stability of the aeration tank as a whole at sharply uneven concentrations of the source waste water supplied to it.

Прошедшая биохимическую обработку в аэротенке смесь сточной воды и активного ила подвергается отстаиванию во вторичном отстойнике с целью осаждения биомассы активного ила и получения высоких показателей осветления сточной воды. Осветленная сточная вода выводится из вторичного отстойника за пределы очистных сооружений. Осажденный активный ил из вторичного отстойника разделяется на две части: одна подается в головку аэротенка для участия в процессе биохимического окисления загрязнений (возвратный активный ил), другая подвергается физико-механической обработке и по окончании ее перемешивается со смесью сточной воды и активного ила, подаваемой в первичный и во вторичный отстойники. A mixture of wastewater and activated sludge that underwent biochemical treatment in an aeration tank is sedimented in a secondary sump to precipitate activated sludge biomass and to obtain high rates of wastewater clarification. The clarified wastewater is discharged from the secondary sump outside the sewage treatment plant. The precipitated activated sludge from the secondary sump is divided into two parts: one is fed into the aeration tank head to participate in the biochemical oxidation of contaminants (return activated sludge), the other is subjected to physical-mechanical treatment and, at the end, it is mixed with a mixture of wastewater and activated sludge supplied to primary and secondary sedimentation tanks.

Операции физико-химической обработки активного ила и последующего перемешивания его со смесью сточной воды и активного ила, выводимой из аэротенка, аналогичны тем же операциям, которым подвергается активный ил, подаваемый в первичный отстойник. The operations of physicochemical treatment of activated sludge and its subsequent mixing with a mixture of wastewater and activated sludge removed from the aeration tank are similar to those operations that are subjected to activated sludge supplied to the primary sump.

Как показывают проведенные эксперименты, наибольший эффект при использовании активного ила в качестве коагулянта имеет место тогда, когда он находится в эндогенной фазе метаболизма (при аэробной биохимической очистке). Эндогенная фаза обеспечивается путем создания таких условий биохимической обработки загрязнений активным илом, при которых условия питания микроорганизмов последовательно меняются от условий избытка питательных веществ в начале обработки до недостатка их в конце обработки. Эндогенная фаза метаболизма активного ила на конечном этапе биохимической обработки сточной воды характеризуется недостатком органического субстрата: полностью исчерпаны легко усваиваемые загрязнения, возникает недостаток уже в трудноусваиваемых питательных веществах, микроорганизмы голодают и выделяют при этом внеклеточные биополимеры за счет использования резервных запасов клеток. Указанный выше процесс, осуществляемый в аэротенке, является в данном случае подготовительной фазой для создания наиболее эффективной коагуляционной среды. В этом случае процесс выделения биополимеров с помощью физико-механической обработки активного ила ускоряется и облегчается, что приводит к повышению эффективности отстаивания смесей в первичном и вторичном отстойниках и всей биологической очистке в целом. As the experiments show, the greatest effect when using activated sludge as a coagulant occurs when it is in the endogenous phase of metabolism (during aerobic biochemical treatment). The endogenous phase is ensured by creating conditions for the biochemical treatment of contaminants with activated sludge, under which the nutritional conditions of microorganisms consistently change from the conditions of excess nutrients at the beginning of treatment to their lack at the end of treatment. The endogenous phase of activated sludge metabolism at the final stage of biochemical treatment of wastewater is characterized by a lack of organic substrate: easily absorbed contaminants are completely exhausted, a deficiency in digestible nutrients arises, microorganisms starve and release extracellular biopolymers due to the use of reserve stocks of cells. The aforementioned process carried out in an aeration tank is in this case a preparatory phase for creating the most effective coagulation medium. In this case, the process of isolating biopolymers by means of physicomechanical treatment of activated sludge is accelerated and facilitated, which leads to an increase in the efficiency of sedimentation of mixtures in primary and secondary sedimentation tanks and the entire biological treatment as a whole.

Положительное влияние на эффект использования предлагаемого способа оказывает и направленный характер формирования биоценоза активного ила в аэротенке. С этой целью используется предварительная расплодка консорциума микроорганизмов, в основном состоящего из флокулирующих бактерий. При этом предварительно выращивается целевой консорциум активного ила, прошедший адаптацию в условиях периодически меняющихся режимов по питанию. Введение в аэротенк при его запуске предварительно подготовленного посевного материала - биоценоза позволяет обеспечить искусственный сдвиг процесса формирования промышленного биоценоза при работе аэротенка в сторону подавления роста нитчатых и нефлокулирующих микроорганизмов. В результате концентрация флокулирующих микроорганизмов а аэротенке возрастает, что благоприятно сказывается как на флокулировании смеси во вторичном отстойнике, так и на возможности получения высоких концентраций биополимеров в иловой суспензии при ее физико-механической обработке в дальнейшем. A positive effect on the effect of using the proposed method has a directional nature of the formation of the biocenosis of activated sludge in aeration tank. To this end, pre-breeding of a consortium of microorganisms, mainly consisting of flocculating bacteria, is used. At the same time, the target consortium of activated sludge, which has undergone adaptation under conditions of periodically changing dietary regimes, is preliminarily grown. Introduction to the aeration tank at its launch of pre-prepared seed material - biocenosis allows you to provide an artificial shift in the formation of an industrial biocenosis during the operation of the aeration tank towards suppressing the growth of filamentous and non-flocculating microorganisms. As a result, the concentration of flocculating microorganisms in the aeration tank increases, which favorably affects both the flocculation of the mixture in the secondary sump and the possibility of obtaining high concentrations of biopolymers in the sludge suspension during its physical and mechanical treatment in the future.

Разница в протекании процессов иловых смесей перед подачей их в первичный и вторичный отстойники обусловлена тем, что при аналогичной по характеристикам исходной субстанции (активном иле) подвергаемые воздействию жидкие среды различны: в первом случае это сильно загрязненная органическими примесями исходная сточная вода, во втором смесь биологически очищенной сточной воды и активного ила. В соответствии с этим и режимы как физико-механической обработки, так и последующего перемешивания перед подачей в отстойники являются различными. Поэтому физико-механическая обработка избыточного активного ила, подаваемого на перемешивание перед отстаиванием суспензий в первичном и вторичном отстойниках может вестись раздельно. В этом случае достигается гибкость управления технологическим процессом. В частности, это позволяет выбрать более щадящие режимы обработки иловой суспензии, подаваемой в дальнейшем во вторичный отстойник. Подбор соответствующего времени и интенсивности воздействия на клетки микроорганизма в этом случае позволяет обеспечить более высокую сохранность клеточных структур для более эффективного протекания процессов их адгезии с дисперсными клетками, находящимися в смеси сточной воды и активного ила, отводимой из вторичного отстойника. При этом время самого физико-механического воздействия на клеточную суспензию, подаваемую в дальнейшем во вторичный отстойник, выбирают вдвое меньшим, чем при обработке иловой суспензии перед первичным отстойником. The difference in the processes of sludge mixtures before they are sent to the primary and secondary sumps is due to the fact that, for a similar initial substance (activated sludge) with characteristics, the liquid media exposed are different: in the first case, it is heavily contaminated with organic impurities, the initial wastewater, in the second, it is biologically treated wastewater and activated sludge. In accordance with this, the modes of both physicomechanical processing and subsequent mixing before feeding into the settlers are different. Therefore, the physicomechanical treatment of excess activated sludge fed to mixing before settling the suspensions in the primary and secondary settling tanks can be carried out separately. In this case, the flexibility of process control is achieved. In particular, this allows one to choose more gentle treatment regimes for the sludge suspension, which is subsequently supplied to the secondary sump. In this case, the selection of the appropriate time and intensity of action on the cells of the microorganism allows for a higher preservation of cell structures for more efficient processes of their adhesion with dispersed cells in a mixture of wastewater and activated sludge discharged from the secondary sump. In this case, the time of the physicomechanical action on the cell suspension, which is subsequently supplied to the secondary sump, is chosen to be half as long as when treating the sludge suspension in front of the primary sump.

Перемешивание предварительно обработанного активного ила перед подачей иловой смеси во вторичный отстойник производят теми же способами, что и перед подачей ее в первичный отстойник, но продолжительность перемешивания в этом случае может быть вдвое второе меньшей (не более 5 10 мин.), т.к. условия адгезии в этом случае более благоприятные. Наиболее предпочтительным также является пневматический способ перемешивания, т.к. он позволяет одновременно парировать процессы денитрификации при последующем отстаивании во вторичном отстойнике и тем самым исключить срыв в его работе (всплытие активного ила из-за интенсивного выделения пузырьков газообразного азота). Mixing of the pre-treated activated sludge before feeding the sludge mixture into the secondary sump is carried out in the same ways as before feeding it to the primary sludge, but the mixing time in this case can be half the second (no more than 5 10 minutes), because adhesion conditions in this case are more favorable. The most preferred is also the pneumatic method of mixing, because it allows you to simultaneously parry the process of denitrification during subsequent sedimentation in the secondary sump and thereby eliminate the stall in his work (surfacing activated sludge due to the intense release of nitrogen gas bubbles).

Гибкость технологического процесса при предлагаемом способе биологической очистки заключается также в том, что количество избыточного активного ила, подаваемого в первичный и вторичный отстойники (после его обработки и перемешивания) различно в первичный отстойник его подается в три раза больше для достижения максимальной концентрации коагулянта и достижения за счет этого наибольшей эффективности осаждения (снятия нагрузок по органическим загрязнениям на участок биологической очистки, играющий решающую роль в общем балансе очистных мероприятий). The flexibility of the process with the proposed method of biological treatment also consists in the fact that the amount of excess activated sludge supplied to the primary and secondary settling tanks (after processing and mixing) is differently fed into the primary clarifier three times as much to achieve the maximum concentration of coagulant and achieve due to this, the greatest efficiency of deposition (removal of loads of organic pollutants on the biological treatment site, which plays a decisive role in the overall balance of x events).

На рис. 1 изображена схема предлагаемой установки для аэробной биологической очистки, на рис. 2 один из вариантов ее исполнения. In fig. 1 shows a diagram of the proposed installation for aerobic biological treatment, in Fig. 2 one of the options for its execution.

Установка содержит устройство механической обработки исходной сточной воды (1), например дуговые или накопительные сита, центрифуги, перемешивающее устройство (2) перед первичным отстойником, первичный отстойник (3), аэротенк (4), перемешивающее устройство (5) перед вторичным отстойником, вторичный отстойник (6), устройство вывода осажденного активного ила из вторичного отстойника, устройство подачи возвратного активного ила в аэротенк, устройство физико-механической обработки избыточного активного ила (7), магистрали подачи обработанного активного ила в перемешивающие устройства (2, 5), устройства отвода очищенной воды из отстойника (см. рис. 1). The installation comprises a mechanical processing device for the initial waste water (1), for example, arc or storage sieves, centrifuges, a mixing device (2) in front of the primary sump, a primary sump (3), an aeration tank (4), a mixing device (5) in front of the secondary sump, secondary settling tank (6), a device for removing precipitated activated sludge from a secondary settling tank, a device for supplying return activated sludge to an aeration tank, a device for physicomechanical processing of excess activated sludge (7), a supply line for treated tive sludge in the mixing device (2, 5), purified water outlet of the clarifier device (see. Fig. 1).

Установка может содержать не одно (7), а два параллельно подключенных устройства блока физико-механической обработки (7а и 7б) для предварительной обработки активного ила, подаваемого после перемешивания со сточной водой и со смесью сточной воды и активного ила в первичный и вторичный отстойники соответственно (см. рис. 2). The installation may contain not one (7), but two parallel-connected devices of the physicomechanical processing unit (7a and 7b) for pre-treatment of activated sludge supplied after mixing with wastewater and with a mixture of wastewater and activated sludge into the primary and secondary sumps, respectively (see fig. 2).

Устройство физико-механической обработки активного ила (7) либо составляющие его блоки (7а и 7б) могут быть выполнены в виде емкостей, снабженных механическими перемешивающими устройствами ( в виде различных типов мешалок) либо гидравлическими перемешивающими устройствами (например, циркуляционными насосами). Емкости могут быть также снабжены пневмоаэраторами различных типов и с различным расположением аэрационных устройств. Вместо отдельных емкостей могут быть использованы магистральные материалопроводы с установленными в них поперечными стеновыми завесами("мягкая" обработка), перфорированными гибкими или жесткими ("жесткая" обработка) мембранами, размещенными последовательно одна за другой по длине материалопровода на расстояниях, обеспечивающих последовательное сужение и расширение обрабатываемого потока иловой суспензии. При этом проходные сечения мембран могут быть выполнены как в виде одного центрального отверстия, так и в виде ряда различного рода перфораций. Площади проходных сечений последовательно установленных мембран могут быть одинаковыми, уменьшающимися либо увеличивающимися по ходу движения иловой смеси. A device for physicomechanical processing of activated sludge (7) or its constituent blocks (7a and 7b) can be made in the form of containers equipped with mechanical mixing devices (in the form of various types of mixers) or hydraulic mixing devices (for example, circulation pumps). Tanks can also be equipped with pneumatic aerators of various types and with a different arrangement of aeration devices. Instead of individual containers, main pipelines can be used with transverse wall curtains installed in them (“soft” processing), perforated flexible or rigid (“hard” processing) membranes placed sequentially one after the other along the length of the material pipe at distances ensuring consistent narrowing and expansion processed sludge suspension stream. In this case, the passage sections of the membranes can be made both in the form of one central hole, and in the form of a number of various kinds of perforations. The cross-sectional areas of successively installed membranes can be the same, decreasing or increasing along the course of the movement of the sludge mixture.

Устройство физико-механической обработки активного ила (7) либо составляющие его блоки (7а и 7б) могут быть выполнены в виде ультразвуковых гидродинамических излучателей различных типов либо в виде различных дезинтеграторов клеток. A device for physicomechanical processing of activated sludge (7) or its constituent blocks (7a and 7b) can be made in the form of ultrasonic hydrodynamic emitters of various types or in the form of various cell disintegrants.

Перемешивающие устройства (2, 5) выполняются в виде отдельных емкостей, снабженных механическими, гидравлическими либо пневматическими смесительными устройствами. Mixing devices (2, 5) are made in the form of separate containers equipped with mechanical, hydraulic or pneumatic mixing devices.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Исходная сточная вода поступает в устройство механической обработки (1), где от нее отдаляется твердый осадок. После этого сточная вода подается в перемешивающее устройство (2), где производится ее перемешивание с предварительно обработанным избыточным активным илом, подаваемым из вторичного отстойника. В процессе перемешивания производится коагуляция твердых и коллоидных частиц загрязнений в крупные агрегаты, хорошо осаждающиеся в первичном отстойнике. Сфлокулированная суспензия из перемешивающего устройства (2) поступает в первичный отстойник (3), где от нее отделяется сырой осадок. The initial wastewater enters the mechanical treatment device (1), where solid sediment moves away from it. After that, the wastewater is supplied to a mixing device (2), where it is mixed with previously treated excess activated sludge supplied from a secondary sump. In the process of mixing, coagulation of solid and colloidal particles of contaminants into large aggregates that are well deposited in the primary settler is performed. The slocculated suspension from the mixing device (2) enters the primary sump (3), where the crude sediment is separated from it.

Осветленная сточная вода, в значительной степени освобожденная от органических загрязнений, отводится на участок аэробной биологической очистки в аэротенк (4), где производится ее биохимическая обработка в присутствии возвратного активного ила, рециркулируемого из вторичного отстойника (6). Смесь биологически очищенной сточной воды и активного ила, выводимая из аэротенка (4), подается в перемешивающее устройство (5), где производится ее перемешивание с предварительно обработанным активным илом. Предварительная обработка активного ила, поступающего в перемешивающее устройство (5), может производиться как в едином (общем для первичного и вторичного отстойников) устройстве физико-механической обработки (7), так и в отдельном блоке устройства (7б) для осуществления гибкости технологического процесса. The clarified wastewater, largely freed from organic contaminants, is discharged to the aerobic biological treatment section in an aeration tank (4), where it is biochemically treated in the presence of return activated sludge recycled from the secondary sump (6). A mixture of biologically purified wastewater and activated sludge discharged from the aeration tank (4) is fed into a mixing device (5), where it is mixed with previously treated activated sludge. Pretreatment of activated sludge entering the mixing device (5) can be carried out both in a single (general for primary and secondary settling tanks) physical-mechanical treatment device (7), and in a separate unit of the device (7b) for the implementation of process flexibility.

При перемешивании смеси сточной воды и активного ила из аэротенка с предварительно обработанной иловой суспензией производится коагуляция бактерий активного ила в крупные агрегаты клеток, эффективно осаждающиеся в дальнейшем во вторичном отстойнике. После отстаивания полученная в перемешивающемся устройстве (5) смесь поступает во вторичный отстойник (6), где производится ее отстаивание и отделение от нее активного ила. Очищенная и осветленная сточная вода выводится из вторичного отстойника (6) за пределы очистных сооружений, а осадок активный ил отводится из вторичного отстойника и разделяется на две части: одна часть (возвратный активный ил) возвращается в аэротенк для участия в биохимическом процессе очистки, а вторая часть (избыточный активный ил) подвергается физико-механической обработке для интенсификации процесса биофлокуляции. When mixing a mixture of wastewater and activated sludge from an aeration tank with a pre-treated sludge suspension, the activated sludge bacteria coagulate into large aggregates of cells, which are effectively deposited further in the secondary sump. After settling, the mixture obtained in a mixing device (5) enters the secondary sump (6), where it is settled and activated sludge is separated from it. The purified and clarified wastewater is discharged from the secondary sump (6) outside the treatment facilities, and the activated sludge is discharged from the secondary sump and is divided into two parts: one part (return activated sludge) is returned to the aeration tank to participate in the biochemical treatment process, and the second part (excess activated sludge) is subjected to physical and mechanical treatment to intensify the biofloculation process.

Сущность процессов, проходящих в элементах установки, подробно изложена при описании предлагаемого способа биологической очистки (см. выше). The essence of the processes taking place in the installation elements is described in detail in the description of the proposed biological treatment method (see above).

Механизм работы принятых в предлагаемом способе технологических решений состоит в следующем. The mechanism of work adopted in the proposed method of technological solutions is as follows.

В результате физико-механической обработки активного ила в иловой суспензии имеют место два эффекта:
увеличение концентрации белков за счет выделения биополимеров из клеточных структур;
деструкция имеющихся флокул, в результате которой имеет место переход биофлокулянтов в суспензию и увеличение концентрации центров коагуляции.As a result of physico-mechanical treatment of activated sludge in the sludge suspension, two effects take place:
an increase in protein concentration due to the isolation of biopolymers from cell structures;
the destruction of existing flocs, as a result of which there is a transition of bioflocculants into suspension and an increase in the concentration of coagulation centers.

В результате этого за счет увеличения содержания растворенных белков суспензии после ее физико-механической обработки увеличивается биологическая потребность в кислороде (БПК). При перемешивании этой суспензии со сточной водой наблюдается интенсивная флокуляция в сточной воде взвесей и, как результат, интенсивное осаждение их в отстойнике. Поэтому концентрация взвешенных веществ в осветленной воде на выходе из отстойника уменьшается. Но при этом растворившиеся в сточной воде и не задержанные отстойником белковые вещества уходят из него с осветленной водой, т.е. повышенное содержание БПК сохраняется и после отстойника. Однако растворенные в воде белковые вещества представляют из себя углеродные соединения, которые являются для микроорганизмов легкоусваиваемыми питательными веществами. Этот легкоусваиваемый субстрат является "лакомым блюдом" для бактерий активного ила в аэротенке и поэтому поглощается ими незамедлительно после поступления сточной воды в аэротенк. В результате этого баланс питания микроорганизмов сдвигается в сторону более легкоусваиваемых "продуктов", что приводит к уменьшению биологически окисляемых загрязнений на выходе из аэротенка, т.е. к снижению БПК в очищенной воде. В результате предлагаемый способ обеспечивает снижение как концентрации взвешенных веществ, так и БПК в очищенной воде, т.е. улучшение всего комплекса интегральных характеристик воды, сбрасываемой с очистных сооружений. As a result of this, due to an increase in the content of dissolved proteins of the suspension after its physical-mechanical treatment, the biological oxygen demand (BOD) increases. When this suspension is mixed with wastewater, intensive flocculation of suspensions in wastewater is observed and, as a result, their intensive sedimentation in the sump. Therefore, the concentration of suspended solids in clarified water at the outlet of the sump decreases. But at the same time, protein substances dissolved in the wastewater and not detained by the sump leave it with clarified water, i.e. the high content of BOD is maintained after the sump. However, protein substances dissolved in water are carbon compounds, which are microbial digestible nutrients. This easily digestible substrate is a “tidbit” for activated sludge bacteria in the aeration tank and therefore is absorbed by them immediately after the wastewater enters the aeration tank. As a result of this, the nutrition balance of microorganisms shifts toward more easily assimilated “products”, which leads to a decrease in biologically oxidizable contaminants at the exit of the aeration tank, i.e. to reduce BOD in purified water. As a result, the proposed method reduces both the concentration of suspended solids and BOD in purified water, i.e. improvement of the whole complex of integrated characteristics of water discharged from treatment facilities.

Использование предложенной схемы установки позволяет существенно повысить эффективность отстаивания суспензий в первичном и вторичном отстойниках, повысить глубину биологической очистки в аэротенке, исключить необходимость вывода избыточного активного ила из очистных сооружений, и его хранения и утилизации. Using the proposed installation scheme can significantly increase the effectiveness of sedimentation of suspensions in the primary and secondary sedimentation tanks, increase the depth of biological treatment in the aeration tank, eliminate the need to remove excess activated sludge from treatment facilities, and its storage and disposal.

Предлагаемый способ аэробной биологической очистки сточных вод и установка для его реализации прошли комплекс лабораторных испытаний и в настоящее время внедряются при проектировании и строительстве очистных сооружений ряда промышленных, сельскохозяйственных и городских предприятий Российской Федерации и Республики Беларусь. The proposed method of aerobic biological wastewater treatment and installation for its implementation have passed a set of laboratory tests and are currently being implemented in the design and construction of treatment facilities for a number of industrial, agricultural and urban enterprises of the Russian Federation and the Republic of Belarus.

Примеры использования способа и установки. Examples of the use of the method and installation.

Пример 1. Лаборатория отдела производственной санитарии и охраны окружающей среды Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности. Example 1. Laboratory of the department of industrial sanitation and environmental protection of the All-Russian Research and Technological Institute of Biological Industry.

Вид сточных вод хозяйственно-бытовые, стоки биопредприятий, животноводческих комплексов (свиноводческих, КРС, птицеводческих), мясо-молочных предприятий. Рабочие объемы емкостей (перемешивающих, отстойников) 20 40 л. Перемешивание смеси сточной воды и активного ила - пневматическое, гидравлическое, механическое. Время перемешивания 5 30 мин. Обработка активного ила ультразвуковое, гидравлическое, пневматическое, кавитационное воздействия. Время воздействия 8 24 мин. Эффективность осаждения по сравнению с традиционными методами повышалась в среднем на 20 - 30% Степень очистки сточной воды по основным интегральным показателям (концентрация взвешенных веществ и БПК) улучшалась на 12 15%
Пример 2. Очистные сооружения совхоза "Борисовский" Минской области Республики Беларусь.The type of wastewater is domestic, wastewater from biological enterprises, livestock complexes (pig-breeding, cattle, poultry), meat and dairy enterprises. The working volume of tanks (mixing, settling tanks) 20 40 liters. Mixing a mixture of wastewater and activated sludge - pneumatic, hydraulic, mechanical. Mixing time 5 30 min. Processing of activated sludge ultrasonic, hydraulic, pneumatic, cavitation effects. The exposure time of 8 to 24 minutes The deposition efficiency compared to traditional methods increased by an average of 20-30%. The degree of wastewater treatment according to the main integral indicators (concentration of suspended solids and BOD) improved by 12 15%
Example 2. Treatment facilities of the farm "Borisovsky" of the Minsk region of the Republic of Belarus.

Вид сточных вод стоки свинокомплекса. Рабочие объемы емкостей: перемешивающих 60 м³, отстойников 150 м³. Перемешивание смеси сточной жидкости и активного ила пневматическое. Обработка активного ила кавитационное гидродинамическое воздействие. Подача активного ила производилась в сточную жидкость непосредственно в перемешивающую емкость. Эффективность осаждения по сравнению с традиционными методами повышалась в среднем на 15 25% Степень очистки сточной воды по основным интегральным показателям (концентрация взвешенных веществ и БПК) улучшалась на 9 12%
Пример 3. Очистные сооружения совхоза "Восточный" Удмуртской республики (Завьяловский р-н, пос. Италмас).Type of sewage sludge runoff. The working volumes of tanks: mixing 60 m ³ , sumps 150 m ³ . The mixing of the mixture of wastewater and activated sludge is pneumatic. Processing of activated sludge cavitation hydrodynamic effect. The supply of activated sludge was carried out in the waste liquid directly into the mixing tank. The deposition efficiency compared to traditional methods increased by an average of 15 25%. The degree of wastewater treatment according to the main integral indicators (concentration of suspended solids and BOD) improved by 9 12%
Example 3. Wastewater treatment facilities of the Vostochny state farm of the Udmurt Republic (Zavyalovsky district, Italmas settlement).

Вид сточных вод стоки свинокомплекса. Рабочие объемы емкостей: перемешивающих 80 м³, отстойников 225 м³. Перемешивание смеси сточной жидкости и активного ила гидравлическое. Обработка активного ила механическое перемешивание. Подача активного ила производилась в сточную жидкость непосредственно в перемешивающую емкость. Эффективность осаждения по сравнению с традиционными методами повышалась в среднем на 18 23% Степень очистки сточной воды по основным интегральным показателям (концентрация взвешенных веществ и БП) улучшалась на 8 13%Type of sewage sludge runoff. The working volumes of tanks: mixing 80 m ³ , sedimentation tanks 225 m ³ . Hydraulic mixing of the mixture of wastewater and activated sludge. Processing of activated sludge mechanical stirring. The supply of activated sludge was carried out in the waste liquid directly into the mixing tank. The deposition efficiency compared to traditional methods increased by an average of 18 23%. The degree of wastewater treatment according to the main integral indicators (concentration of suspended solids and BP) improved by 8 13%

Claims (22)

1. Способ аэробной биологической очистки сточных вод, включающий механическую обработку исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу возвратного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды из очистных сооружений, отличающийся тем, что избыточный активный ил подвергают физико-механической обработке для стимулирования процесса выделения микроорганизмами внеклеточных биополимеров, повышения за счет этого биофлокулирующей способности иловой смеси и увеличения концентрации биокоагулянта в ней, при этом часть обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а другую часть со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, причем процессы перемешивания указанных суспензий ведут в условиях максимального использования биофлокулирующей способности обработанной иловой смеси путем подбора режимов перемешивания по времени, интенсивности и характеру взаимодействия коагулирующих агентов с дисперсными твердыми и коллоидными частицами, а вид и режимы физико-механической обработки активного ила выбирают исходя из условия полного исчерпания белковых запасов клеток для обеспечения максимальной концентрации внеклеточных биополимеров в обрабатываемой среде. 1. A method of aerobic biological wastewater treatment, including mechanical treatment of the source wastewater and separation of solid sediment from it, sedimentation of wastewater in the primary sump and separation of raw sludge from it, aerobic biological wastewater treatment with activated sludge in aeration tank, settling of the mixture of wastewater and activated sludge in the secondary sump, the withdrawal of precipitated activated sludge from the secondary sump, the return of activated sludge to the aeration tank to participate in the biochemical oxidation process, the withdrawal of excess a activated sludge from the secondary sump and the removal of purified water from treatment facilities, characterized in that the excess activated sludge is subjected to physico-mechanical treatment to stimulate the process of excretion of extracellular biopolymers by microorganisms, thereby increasing the sludge mixture's bio-flocculating ability and increasing the concentration of biocoagulant in it, while part of the treated activated sludge is mixed with the original wastewater before it is fed to the primary sump, and the other part with a mixture of wastewater and active sludge discharged from the aeration tank before it is fed into the secondary sump, and the processes of mixing the indicated suspensions are carried out under conditions of maximum use of the bioflocculating ability of the treated sludge mixture by selecting the mixing modes in time, intensity and nature of the interaction of coagulating agents with dispersed solid and colloidal particles, and and modes of physico-mechanical treatment of activated sludge are selected based on the conditions of complete exhaustion of protein reserves of cells to ensure maximum th concentration of extracellular biopolymers in the treated medium. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что физико-механическую обработку избыточного активного ила, подаваемого на перемешивание перед отстаиванием суспензий в первичном и вторичном отстойниках, ведут раздельно, причем режимы обработки по времени и интенсивности воздействия на клетки микроорганизмов для иловой суспензии, подаваемой в дальнейшем во вторичный отстойник, выбирают более "щадящими", исходя из необходимости максимального сохранения клеточных структур при их последующей адгезии с дисперсными клетками в смеси сточной воды и активного ила в процессе перемешивания. 2. The method according to claim 1, characterized in that the physicomechanical treatment of excess activated sludge supplied for mixing before sedimentation of the suspensions in the primary and secondary sedimentation tanks is carried out separately, and the processing time and intensity of exposure to microorganism cells for sludge suspension, further supplied to the secondary sump, they are chosen to be more “gentle”, based on the need to maximize the preservation of cell structures during their subsequent adhesion to dispersed cells in a mixture of wastewater and an asset sludge during mixing. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что физико-механическую обработку активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный отстойник, ведут в течение 8-24 мин в зависимости от вида сточных вод, характера и интенсивности воздействия, а обработку ила, подаваемого во вторичный отстойник, ведут при времени, вдвое меньшем при тех же условиях воздействия. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the physicomechanical treatment of activated sludge, which is subsequently fed to the primary sump, is carried out for 8-24 minutes depending on the type of wastewater, the nature and intensity of the exposure, and the treatment of sludge fed into the secondary sump, lead at a time half as much under the same exposure conditions. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что физико-механическую обработку осуществляют путем механического, гидравлического, пневматического, кавитационного, ультразвукового или дезинтегрирующего содействий на активный ил. 4. The method according to PP. 1 to 3, characterized in that the physical-mechanical treatment is carried out by mechanical, hydraulic, pneumatic, cavitation, ultrasonic or disintegrating assistance on activated sludge. 5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перемешивание обработанного активного ила с жидкими материальными средами перед подачей их в первичный и вторичные отстойники осуществляют механически, гидравлически или пневматически. 5. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the mixing of the treated activated sludge with liquid material media before feeding them into the primary and secondary sumps is carried out mechanically, hydraulically or pneumatically. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что перемешивание обработанного активного ила с исходной сточной водой производят при времени вдвое втрое большем, чем обработанного активного ила со смесью сточной воды и активного ила. 6. The method according to claim 5, characterized in that the mixing of the treated activated sludge with the source of wastewater is carried out at a time twice as three times that of the treated activated sludge with a mixture of wastewater and activated sludge. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что время перемешивания для суспензии, подаваемой в первичный отстойник, составляет 15-30 мин, а для суспензии, подаваемой во вторичный отстойник, не более 5-10 мин. 7. The method according to claim 6, characterized in that the mixing time for the suspension fed to the primary clarifier is 15-30 minutes, and for the suspension fed to the secondary clarifier, not more than 5-10 minutes. 8. Способ по п.5, отличающийся тем, что перемешивание суспензии, подаваемой в первичный отстойник, производят предпочтительно пневматически для реализации процесса предварительного биохимического окисления легкоусваиваемых органических загрязнений в исходной сточной воде. 8. The method according to claim 5, characterized in that the mixing of the suspension fed to the primary sump is preferably carried out pneumatically to implement the process of preliminary biochemical oxidation of easily digestible organic contaminants in the source waste water. 9. Способ по п.5, отличающийся тем, что перемешивание суспензии, подаваемой во вторичный отстойник, производят предпочтительно пневматически для парирования процессов денитрификации при отстаивании во вторичном отстойнике и исключения последующего всплытия активного ила в нем. 9. The method according to claim 5, characterized in that the mixing of the suspension fed to the secondary sump is preferably carried out pneumatically to parry the denitrification processes during settling in the secondary sump and to prevent subsequent flooding of activated sludge in it. 10. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество избыточного активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный и вторичный отстойники, выбирают из соотношения 3:1. 10. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the amount of excess activated sludge supplied in the future to the primary and secondary sumps is selected from a ratio of 3: 1. 11. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для коагуляции используют активный ил, находящийся в эндогенной фазе метаболизма в процессе аэробной биологической очистки сточных вод. 11. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that for coagulation using activated sludge, which is in the endogenous phase of metabolism in the process of aerobic biological wastewater treatment. 12. Способ по пп. 1,2,11, отличающийся тем, что эндогенную фазу метаболизма обеспечивают путем создания режимов культивирования микроорганизмов при аэробной биологической очистке, обеспечивающих последовательную смену условий их питания от избытка питательного субстрата до глубокой старвации микроорганизмов. 12. The method according to PP. 1,2,11, characterized in that the endogenous phase of metabolism is provided by creating modes of cultivation of microorganisms during aerobic biological treatment, providing a consistent change in their nutritional conditions from excess nutrient substrate to deep aging of microorganisms. 13. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что состав биоценоза активного ила в процессе аэробной биологической очистки формируют преимущественно из флокулирующих микроорганизмов путем введения в сточную воду предварительно выращенного консорциума, обеспечивающего сдвиг процесса формирования биоценоза в сторону подавления роста нитчатых и нефлокулирующих микроорганизмов. 13. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the composition of the activated sludge biocenosis during aerobic biological treatment is formed mainly from flocculating microorganisms by introducing a pre-grown consortium into the wastewater, which provides a biocenosis formation process shift to suppress the growth of filamentous and non-flocculating microorganisms . 14. Установка для аэробной биологической очистки сточных вод, содержащая устройство механической обработки исходной сточной воды для отделения от нее твердого осадка, первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, устройства вывода осажденного возвратного и избыточного активного ила из вторичного отстойника, подачи возвратного активного ила в аэротенк и отвода очищенной воды, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена устройством физико-механической обработки избыточного активного ила для интенсификации процесса биофлокуляции и параллельно подключенными к указанному устройству перемешивающими устройствами для смешения части обработанного активного ила с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник и для смешения другой части обработанного активного ила со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник. 14. Installation for aerobic biological wastewater treatment, containing a device for the mechanical treatment of the source wastewater for separating solid sludge from it, a primary sump, an aeration tank, a secondary sump, a device for removing precipitated return and excess activated sludge from the secondary sump, and a return sludge into the aeration tank and drainage of purified water, characterized in that it is additionally equipped with a device for physicomechanical treatment of excess activated sludge to intensify the process of biofloc mixing and parallelly connected to the specified device mixing devices for mixing part of the treated activated sludge with the source of wastewater before it is fed to the primary sump and for mixing another part of the treated activated sludge with a mixture of wastewater and activated sludge discharged from the aeration tank, before it is fed to the secondary sedimentation tank. 15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила состоит из двух параллельно подключенных блоков для обработки активного ила, поступающего в дальнейшем в первичный и вторичный отстойники. 15. Installation according to 14, characterized in that the device for physicomechanical processing of activated sludge consists of two parallel-connected units for processing activated sludge, which subsequently enters the primary and secondary settling tanks. 16. Установка по пп.14 и 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде емкостей, снабженных механическими перемешивающими устройствами типа мешалок или гидравлическими перемешивающими устройствами, например, циркуляционными насосами. 16. Installation according to claims 14 and 15, characterized in that the device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent units is made in the form of containers equipped with mechanical mixing devices such as mixers or hydraulic mixing devices, for example, circulation pumps. 17. Установка по пп. 14 и 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде емкостей, снабженных пневмоаэраторами, либо в виде магистральных материалопроводов с установленными в них поперечными воздушными стеновыми завесами. 17. Installation according to paragraphs. 14 and 15, characterized in that the device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent blocks is made in the form of containers equipped with pneumatic aerators, or in the form of main material pipelines with transverse air wall curtains installed in them. 18. Установка по пп. 14 и 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде кавитационных устройств, состоящих из размещенных в магистральных материалопроводах перфорированных жестких или гибких мембран, расположенных последовательно одна за другой по длине материалопровода на расстояниях, обеспечивающих последовательное сужение и расширение обрабатываемого потока иловой суспензии. 18. Installation according to paragraphs. 14 and 15, characterized in that the device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent blocks are made in the form of cavitation devices consisting of perforated rigid or flexible membranes located in the main material pipelines, arranged sequentially one after the other along the length of the material pipeline at distances providing sequential narrowing and expansion of the treated sludge suspension stream. 19. Установка по п.18, отличающаяся тем, что проходные сечения мембран являются постоянными, уменьшающимися либо увеличивающимися по ходу движения иловой суспензии. 19. Installation according to p. 18, characterized in that the cross-sections of the membranes are constant, decreasing or increasing along the movement of the silt suspension. 20. Установка по пп. 14 и 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде ультразвуковых гидродинамических излучателей. 20. Installation according to paragraphs. 14 and 15, characterized in that the device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent blocks are made in the form of ultrasonic hydrodynamic emitters. 21. Установка по пп. 14 и 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила либо составляющие его блоки выполнены в виде дезинтеграторов клеток. 21. Installation according to paragraphs. 14 and 15, characterized in that the device for physicomechanical processing of activated sludge or its constituent blocks are made in the form of cell disintegrants. 22. Установка по п.14, отличающаяся тем, что перемешивающие устройства выполнены в виде емкостей, снабженных механическими, гидравлическими либо пневматическими смесительными устройствами. 22. Installation according to 14, characterized in that the mixing device is made in the form of containers equipped with mechanical, hydraulic or pneumatic mixing devices.

Images