UA60355C2 - Спосіб біологічного очищення рідкого середовища та пристрій для його здійснення - Google Patents

Abstract

Cпосіб біологічного очищення рідкого середовища з вмістом значної кількості органічних забруднень, здійснюваний у басейні, за яким рідке середовище обробляють спочатку на стадії (А) змішування й підкислення, потім на стадії (Б) сильного забруднення з рециркуляцією активного мулу, далі на стадії (В) слабкого забруднення його піддають анаеробному розкладу з утворенням метану, а потім прояснюють на стадії (Г) вторинного прояснення, де також можна провести рециркуляцію мулу, при цьому уловлюють біогаз, що утворюється на стадії (Б) сильного забруднення і на стадії (В) слабкого забруднення.

Description

Опис винаходу

Даний винахід стосується способу і пристрою для біологічного очищення рідкого середовища з умістом 2 значної кількості органічних забруднень, зокрема, стічних вод, за анаеробних умов з утворенням біогазу.

Терміносполучения "стічні води" означає воду, що змінила свої якості, зокрема, забруднену після її побутового, виробничого або промислового використання воду, що потрапляє через стоки в каналізацію.

Біологічне очищення рідин із високим степенем забруднення або очищення стічних вод являє собою заходи, що вживаються з метою видалення з цих рідин органічних забруднень, які містяться в них у розчиненій, 70 колоїдній або дрібнодисперсній формі, що здійснюється за рахунок дії мікроорганізмів, тобто, аеробного і/або анаеробного розкладу, який супроводжується утворенням газу з формуванням нової клітковини та її сорбцією бактеріальними коагуляторами, біологічною плівкою або гранульованим активним мулом.

У цілому біологічне очищення стічних вод проводять у каналізаційних очисних спорудах (на станціях очищення стічних вод) із використанням таких самих або аналогічних процесів, що відбуваються при біологічному самоочищенні води в проточних водоймах, проте, його здійснюють інтенсивніше з технічного погляду. Так само, анаеробний процес відбувається також у природі, наприклад, на дні мілких, стоячих водойм.

Під анаеробним розкладом розуміють перетворення (окиснення) органічних речовин мікроорганізмами без доступу кисню. Під час анаеробного розкладу органічних речовин утворюється біогаз, тобто суміш газів, що складається приблизно на 55-7595 із метану, приблизно на 24-4495 з оксиду вуглецю й слідів інших домішок.

Методи біологічного очищення сильно забруднених рідин за анаеробних умов передбачають використання досить специфічних рідин. Вони придатні, зокрема, для очищення сильно забруднених рідин, насамперед, стічних вод підприємств харчової промисловості, сільського господарства, нафтопаливній промисловості (виробництво мінеральних масел), а також підприємств, що виробляють целюлозу. Таким чином, у багатьох випадках вони дозволяють здійснювати очищення "концентратів", але не забезпечують, як правило, повного с 22 очищення, тобто повного перетворення речовин. Го)

Відомо про установку анаеробного очищення стічних вод фірми Віоїпапе Согрогайоп (проспект фірми, 7/92), що включає закритий аеротенк із групою сепараторів, розташованих у верхній частині аеротенка. У цій установці вихідну стічну воду подають в аеротенк через передбачені в його донній частині впускні отвори, а очищену стічну воду видаляють через пристрій, розташований у верхній частині аеротенка. Недолік даної установки о 30 полягає, зокрема, у тому, що реакційна зона й зона вторинного прояснення просторово не відокремлюються ою одна від одної і можуть негативно взаємодіяти. З цієї причини активність активні мулу через деякий час може істотно знизитися, що призведе до виникнення труднощів із поділом мулу й рідини. о

Далі відомо про установку анаеробного очищення стічних вод фірми АОС! Зузіетв (проспект фірми А5 Га») 043/11-94), що включає просту реакційну камеру, закриту зверху плівкою. У цій реакційній камері

Зо розташовується первинну реакційна зона, у шар мулу якої знизу подають стічні води, вторинна реакційна зона й о зона вторинного прояснення. Між первинною й вторинною реакційними зонами розташовано заглибну стінку, що починається від дна реакційної камери. Висота заглибної стінки становить приблизно 3/5 висоти реакційної камери. Між вторинною реакційною зоною й зоною вторинного прояснення також розташовано заглибні стінки, « що йдуть від поверхні стічних вод убік дна. Висота цих заглибних стінок становить приблизно 1/3 висоти З 50 реакційної камери. Далі в нижній частині зони вторинного прояснення передбачено відвідний пристрій для с повернення мулу назад у первинну реакційну зону. Недоліком цієї установки є недостатній проміжок, зокрема, з» між вторинною реакційною зоною й зоною вторинного прояснення, що через деякий час може призвести до помітного зниження активності мулу у вторинній реакційній зоні. Крім того, використовуваний у цій установці спосіб очищення не враховує різноманітні біологічні умови, що існують в обох реакційних зонах. Ще один 45 недолік наведеного способу полягає в лише незначному використанні мулу, що лежить на дні другої реакційної б зони. ав! Виходячи з вищенаведеного, метою даного винаходу стало розроблення способу або пристрою для біологічного очищення рідкого середовища з умістом значної кількості органічних забруднень з одержанням о біогазу, в результаті чого забезпечився б більш високий степінь очищення або розкладу, збільшився б вихід сл 20 метану, істотно зросло б інвестування коштів і підвищилася би надійність роботи.

Цього можна досягти, якщо здійснити спосіб відповідно до відмітних ознак п.1 формули винаходу або за сл допомогою пристрою для здійснення цього способу за п.11 формули винаходу. Інші бажані варіанти здійснення способу за п. 1 або конструкційного виконання пристрою за п.11 формули винаходу наведено в залежних пунктах формули винаходу.

Переваги даного винаходу полягають у тому, що запропонований у ньому пристрій, завдяки своїй

ГФ) компактності і вбудованому газосховищу, дає змогу істотно економити місце й кошти (зокрема, за рахунок економії ізоляційних матеріалів) і, крім того, характеризується стійкістю проти землетрусів і не залежить від о осідань грунту.

В контексті даного винаходу під рідкими середовищами, що містять значну кількість органічних забруднень, бо розуміють такі рідини, як кров, рідкий гній і, в бажаному варіанті, стічні води, що мають, наприклад, такі параметри: » приблизно 2000мг БПКр/л (у холоднішому кліматі) і » приблизно 50Омг БПКр/л (у теплому кліматі).

Нижче даний винахід детальніше пояснюється на прикладі бажаного варіанта його здійснення з посиланням на малюнки, що додаються до цього і на яких наведено:

На Фіг.1 - схематичне зображення в плані пристрою для біологічного очищення стічних вод. бо На Фіг.2 - зображення пристрою для біологічного очищення стічних вод за мал. 1 у розрізі.

Зображений на Фіг.1 і 2 пристрій для біологічного очищення стічних вод включає басейн 2, в якому в напрямку Н течії основного потоку води розташовуються зона З змішування й підкислення, зона 7 сильного забруднення (зона прояснення сильно забруднених стоків), зона У слабкого забруднення (зона прояснення слабко забруднених стоків) і зона 10 вторинного прояснення.

Розміри басейну 2 можуть широко варіюватися залежно від конкретних властивостей підвідних стічних вод.

Довжина басейну 2 може становити, наприклад, від 50 до 200м, а ширина - від 20 до 100м. Глибина таких басейнів може становити, наприклад, близько 3-бм.

Об'єми окремих зон можна варіювати, пристосовуючи їх до процесу очищення стічних вод, шляхом 70 відповідної зміни положення перегородок 12, 13 і 14. Нарешті, зону 9 слабкого забруднення можна значно зменшити, якщо перенести її у зону 10 вторинного прояснення. Об'єми окремих зон можуть становити, наприклад, для стічних вод пивоварного виробництва, 285м З (зона змішування й підкислення), 89Ом З (зона 7 сильного забруднення), 1480м3 (зона 9 слабкого забруднення) і 120м (зона 10 вторинного прояснення).

Басейн 2 бажано заглибити у грунт і виконати, головним чином, у формі земляної споруди. Дно і бічні 75 стінки басейну 2 можна герметизувати ущільнювальним рулонним матеріалом, наприклад, плівкою з поліетилену високого тиску.

Через підвідну систему 5 стічні води потрапляють у зону З змішування й підкислення. У цій зоні поряд із температурою вимірюють також (одно- або дворазово) значення рН стічних вод, у разі потреби, коректуючи визначене значення рН домішками, що подаються за допомогою пристрою 16. Якщо необхідно, у стічні води в зоні З змішування й підкислення (або відразу за нею), щоб зв'язати сірку, через завантажувальний пристрій можна додати сполуку заліза, наприклад, сіль заліза (ІІ), таку, як РесСіБоО у. Крім того, стічні води в зоні З змішування й підкислення перемішуються мішалкою 4. У зону змішування й підкислення по підвідному трубопроводі б можна також спрямовувати повернутий активний мул. Під дією мікроорганізмів у зоні З змішування й підкислення відбувається перетворення, зокрема, окиснення органічних речовин, що входять до с складу стічних вод, не обов'язково за чисто анаеробних умов. Крім того, із метою регулювання процесів, що о відбуваються у зоні З змішування й підкислення, в ній можна установити (не зображено) пристрої для аерації й перемішування стічних вод із повітрям або киснем.

На дні зони З змішування й підкислення, у бажаному варіанті з боку стоку, розташовується принаймні один насос-дозатор 18 із трубами 31, випускні отвори 42 яких, виконані по типі форсунок, закінчуються в зоні 7 ІС о) сильного забруднення. Цей насос або насоси, залежно від розміру зони 7 сильного забруднення, подають під тиском у її придонну частину різноманітну кількість приведеної у вируючий стан суміші, наприклад, приблизно й 40-60л стічних вод за секунду. Можна також застосовувати певну схему переключення трубопроводів 31, со зокрема, у випадку великої кількості органічних забруднень, але, насамперед, із метою економії енергії насосів.

Метаногенна фаза процесу анаеробного розкладу органічних речовин, що входять до складу стічних вод, о

Зо відбувається в зоні 7 сильного забруднення (об'ємне забруднення: приблизно 25-40кг ХПК/м Ву х а) ії в зоні 9 іш слабкого забруднення (об'ємне забруднення: приблизно 2-7кг ХПК/м Ву х а). Кожна із зон являє собою, так би мовити, відповідний шар активного мулу (певний специфічний біоценоз). Застосування двох незалежних штамів бактерій (біоценозів), що відрізняються один від одного, забезпечує, серед іншого, підвищений вихід газу « метану. Шари активного мулу для зони 7 сильного забруднення перемішують, що здійснюється якальтернатива Й) с або додатково до форсункового зрошення 42, впорскуючи (у різноманітній формі) воду, суміш води й мулу або й повертаний при рециркуляції мул - причому останній може надходити через відвідну систему 11 (що включає "» принаймні один насос 32 і трубопровідну систему 33) із зони 10 вторинного прояснення - струминними соплами 24п або 245, розташованими на дні зони 7 сильного забруднення або на дні зони 9 слабкого забруднення. З

Метою додаткового забезпечення перемішування в зоні 7 сильного забруднення й у зоні 9 слабкого забруднення

Ге») можна установити (не зображено) продувальні, наприклад, такі, що вдувають газ, рядні пристрої для подачі нагрітого залежно від клімату або температури біогазу, або мішалки. Продувальні пристрої використовують о біогаз, що надходить із розташованого над зоною 7 сильного забруднення й зоною 9 слабкого забруднення і со закриваючого ці зони газосховища й, у разі потреби, нагрівається в (не зображеному) газопідігрівникові.

На розташованій у напрямку Н основного потоку нижче за течією ділянці зони 7 сильного забруднення, із і-й метою рециркуляції активного або гранульованого мулу передбачено заглибну стінку з розташованими на с середній висоті припливними отворами 29, яка простягається від поверхні майже до дна зони 7 сильного забруднення, причому відстань між заглибною стінкою 8 і перегородкою 13 безперервно зменшується убік дна.

Спеціальні продувальні сопла в придонній зоні, а також у цілому підвищена (не зображено) кінетична енергія в

Зоні перемішування забезпечують необхідну рециркуляцію. Щоб ліквідувати затори поблизу дна, в поздовжній зоні між заглибною стінкою 8 і перегородкою 13 у придонній частині зони можна установити спеціальні (не іФ) зображено) пристрої, наприклад, лопатеві мішалки. ко Потім стічні води, що все ще містять певні забруднення, через розташовані у верхній частині перегородки 13 випускні отвори 19 потрапляють у зону 9 слабкого забруднення. Якщо стічні води містять компоненти, що бо важко розкладаються, або виникла потреба в одержанні додаткових результатів із хімічного розкриття цих компонентів, тривалість перебування стічних вод у зоні 9 слабкого забруднення може значно перевищувати таку для зони 7 сильного забруднення. Подібних результатів досягають також за рахунок біоценозу, розрахованого в даному випадку більше на подальше й кінцеве очищення. Водночас забезпечується подальше хімічне розкриття, що полегшує наступне, принаймні аеробне кінцеве очищення. 65 Інша перевага поділу на зону сильного й слабкого забруднення полягає в тому, що якісне вторинне прояснення завжди легше й ефективніше проводити після зони слабкого забруднення. Про значення якісного вторинного прояснення фахівцеві не слід і нагадувати.

У певних випадках може виявитися бажаним частково або повністю (безперервно або поперемінно), використовуючи передбачений (не зображено) байпасний трубопровід, обходити зону 7 сильного забруднення, спрямовуючи стічні води безпосередньо в зону 9 слабкого забруднення.

Зверху зону 7 сильного забруднення й зону 9 слабкого забруднення закриває плівка 15, що утворює газосховище, по краях якої для забезпечення оптимальної газонепроникності розташовуються постачені тягарями заглибні закраїни 30, що йдуть по периметрі. Плівка 15, як правило, характеризується стійкістю проти дії ультрафіолетових променів і постачена тягарями 25 для стабілізації тиску усередині газосховища, які можна /о Варіювати. Якщо ці тягарі виконати у формі довільно заповнюваних водою камер, то можна відрегулювати тиск усередині газосховища. У холодніших кліматичних зонах плівку 15 і/або весь басейн 2 теплоізолюють.

У газосховищі установлюється пристрій 20 для забору біогазу, за допомогою якого одержаний біогаз використовують для опалення власних і зовнішніх об'єктів, нагрівання виробничої води, вироблення електричної та іншої енергії тощо.

Утворюване плівкою 15 газосховище може бути постачено запобіжним продувним стаканом 39, що регулюється по висоті і діє у функції запобіжного обмежувача тиску. Крім того, для індикації заповнення на плівці 15 газосховища можна механічно закріпити перекинутий через блок натяжний канат 40 (із противагою) із шкалою індикації 41.

З метою усунення запаху при експлуатації пристрою за даним винаходом або досягнення необхідного 2о теплоїзолювального ефекту зону З змішування й підкислення, а також зону 10 вторинного прояснення можна додатково закрити газонепроникною (у разі потреби, теплоїзолювальною) плівкою.

Потім із зони 9 слабкого забруднення стічні води через передбачені у верхній частині перегородки 14 (перед якою на певній відстані розташовано паралельна їй заглибна стінка 28) випускні отвори 27 потрапляють у зону 10 вторинного прояснення. Відокремлення перегородкою 14 зони 9 слабкого забруднення від зони 10 сч ов Вторинного прояснення і, зокрема, установка в зоні 10 вторинного просвітлення відповідних вбудованих конструкцій, що доцільно робити при великих кількостях води, дає змогу забезпечити очищення прояснених і) стічних вод, що виходять із зони 10 вторинного прояснення, від мулу і значною мірою знизити, або навіть повністю усунути винесення мулу.

У зоні 10 вторинного прояснення на похилій бічній стінці 36 басейну, що простягається перпендикулярно ю зо напрямку Н основного потоку, установлюється пластинчастий сепаратор 21, що підвищує ефективність очищення. юю

Він розташовується безпосередньо біля зливника 23 для проясненої води, який виконано у формі переливу, с наприклад, переливного бака.

Щоб пристрій функціонував без збоїв, якщо підвідна система 5 не може забезпечити достатньої кількості о стічних вод, частину вже оброблених стічних вод необхідно відводити зі зливника 23 і подавати по підвідному «о трубопроводі 26, у бажаному варіанті, на ділянку стоку зони З змішування й підкислення. Цей процес відбувається, як правило, автоматично за рахунок відповідного перепаду висот. Крім того, якщо стічні води, що надходять у систему, мають, наприклад, занадто високу концентрацію отруйних речовин, їх можна розвести, подаючи прояснену воду зі зливника 23 через підвідну систему 5 у зону З змішування й підкислення. По тим « бамим рециркуляційним контурам можна здійснювати теплообмін системи стоку (на схемі не зображено) із з с зоною З змішування й підкислення або з підвідною системою 5, що дозволить запобігти небажаних тепловтрат. . Надлишковий мул спрямовується відвідною системою 22, що включає передбачений на дні зони 10 и?» вторинного прояснення насос 34 і систему трубопроводів 35, у (не зображений) обвалований шламовий басейн, або через відвідну систему 22 і підвідний трубопровід 6 потрапляє у зону З змішування й підкислення.

Степінь очищення стічних вод становить у пристрою за даним винаходом 80-9095. Проте, з огляду на

Ге» наявність двох різних біоценозів, вона нерідко може перевищувати 9095. Щоб забезпечити оптимальне очищення, стічні води через стік 23 можна спрямовувати в наступний, у разі потреби, стаціонарно приєднаний о пристрій ІІ для аеробного очищення стічних вод, який може мати зону аеротенка, зону проміжного прояснення, 2) зону додаткової аерації й зону додаткового осадження, або лише перші дві зони. Степінь очищення при подібній

Комбінації з анаеробного й аеробного очищення становить приблизно 99,55. У бажаному варіанті надлишковий о мул із зони вторинного прояснення пристрою ІЇ спрямовують по підвідному трубопроводі б або 26 у зону З с змішування й підкислення, що дозволяє оптимізувати баланс надлишкового мулу.

З метою експлуатації у холодніших кліматичних зонах зону З змішування й підкислення, зону 7 сильного забруднення, зону 9 слабкого забруднення й, у разі потреби, зону 10 вторинного прояснення можна дв теплоіїзолювати, і, якщо необхідно, на вибір устаткувати зону З змішування й підкислення, зону 7 сильного забруднення й зону 9 слабкого забруднення нагрівальними системами, такими, як система, позначена позицією (Ф) 37, наприклад, із подачею гарячої води. іме)

Claims (26)

Формула винаходу

1. Спосіб біологічного очищення рідкого середовища, що містить значну кількість органічних забруднень, який здійснюють в басейні, за яким рідке середовище: спочатку обробляють на стадії (А) змішування й підкислення, 65 потім обробляють на стадії (Б) сильного забруднення з рециркуляцією активного мулу, і далі на стадії (В) слабкого забруднення піддають анаеробному розкладу з утворенням метану, потім прояснюють на стадії (Г) вторинного прояснення, на якій також можливе проведення рециркуляції мулу, при цьому уловлюють біогаз, що утворюється на стадії (Б) сильного забруднення і на стадії (В) слабкого забруднення.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що рідким середовищем є стічні води.

З. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що стічні води на стадії (А) змішування й підкислення перемішують.

4. Спосіб за пп. 2 або З, який відрізняється тим, що стічні води на стадії (А) змішування й підкислення перемішують з активним мулом, що рециркулює.

5. Спосіб за будь-яким із пп. 2 - 4, який відрізняється тим, що на стадії (А) змішування й підкислення 70 стабілізують значення рН стічних вод.

6. Спосіб за будь-яким із пп. 2 - 5, який відрізняється тим, що в стічні води на стадії (А) змішування й підкислення додають відповідну сполуку заліза.

7. Спосіб за будь-яким із пп. 2 - б, який відрізняється тим, що мул, який осів на стадії (Г) вторинного прояснення, повертають на стадію (Б) сильного забруднення та/або на стадію (В) слабкого забруднення.

8. Спосіб за будь-яким із пп. 2 - 7, який відрізняється тим, що стічні води після проходження стадій (А) - (Г) принаймні частково повертають на стадію (А) змішування й підкислення.

9. Спосіб за будь-яким із пп. 2 - 8, який відрізняється тим, що стічні води після проходження стадій (А) - (Г) додатково очищають за аеробних умов.

10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що аеробне очищення включає стадію аеротенка, стадію проміжного прояснення, стадію додаткової аерації та стадію додаткового осадження.

11. Пристрій для біологічного очищення рідкого середовища з вмістом значної кількості органічних забруднень, зокрема стічних вод, що включає: басейн (2), який має зону (3) змішування і підкислення із приєднаною до неї підвідною системою (5) для підведення рідкого сч середовища, зону (7) сильного забруднення для анаеробного розкладу рідкого середовища з утворенням метану, і) устатковану пристроєм (8) для рециркуляції активного мулу, зону (9) слабкого забруднення для подальшого анаеробного розкладу рідкого середовища з утворенням метану та ю зо зону (10) вторинного прояснення, устатковану принаймні однією відвідною системою (11) для рециркуляції мулу, о що розташовані одна за одною в напрямку течії основного потоку рідкого середовища, причому зона (3) с змішування й підкислення, зона (7) сильного забруднення, зона (9) слабкого забруднення та зона (10) вторинного прояснення відокремлені одна від одної перегородками (12, 13, 14), їі о газонепроникну плівку (15), що зверху покриває зону (7) сильного забруднення та зону (9) слабкого «о забруднення, утворюючи газосховище.

12. Пристрій за п. 11, який відрізняється тим, що зона (3) змішування й підкислення устаткована мішалкою

(4).

13. Пристрій за пп. 11 або 12, який відрізняється тим, що зона (3) змішування й підкислення з'єднана з « Підвідним трубопроводом (6) для рециркуляції активного мулу. з с

14. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 13, який відрізняється тим, що зона (3) змішування й підкислення з'єднана з пристроєм (16) для стабілізації значення рН. ;»

15. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 14, який відрізняється тим, що зона (3) змішування й підкислення з'єднана з завантажувальним пристроєм (17) для подання сполуки заліза.

16. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 15, який відрізняється тим, що в зоні (3) змішування й підкислення Ге» встановлено принаймні один насос-дозатор (18), вхід якого з'єднаний з зоною (3) змішування й підкислення, а вихід - з зоною (7) сильного забруднення. о

17. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 16, який відрізняється тим, що пристрій (8) для рециркуляції мулу 2) виконано у формі зануреної стінки.

18. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 17, який відрізняється тим, що зона (7) сильного забруднення з'єднана з о однією або кількома відвідними системами (11) для рециркуляції мулу. сп

19. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 18, який відрізняється тим, що в зоні (7) сильного забруднення розташовано принаймні один пристрій для вдування біогазу, який при потребі попередньо підігрівають.

20. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 19, який відрізняється тим, що перегородка (13) має у верхній частині в Випускні отвори (19).

21. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 20, який відрізняється тим, що зона (9) слабкого забруднення з'єднана з Ф) однією або кількома відвідними системами (11) для рециркуляції мулу. ка

22. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 21, який відрізняється тим, що в зоні (9) слабкого забруднення розташовано принаймні один пристрій для вдування біогазу, який при потребі попередньо підігрівають. во

23. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 22, який відрізняється тим, що зона (10) вторинного прояснення устаткована принаймні одним пластинчастим сепаратором (21).

24. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 23, який відрізняється тим, що зона (10) вторинного прояснення з'єднана з принаймні однією відвідною системою (22) для вилучення надлишкового шламу.

25. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 24, який відрізняється тим, що до зони (10) вторинного прояснення 65 приєднано зливник (23) для стічних вод (проясненої води).

26. Пристрій за будь-яким з пп. 11 - 25, який відрізняється тим, що басейн (2) заглиблено у грунт.