RU2627382C2

RU2627382C2 - Method of biological wastewater treatment

Info

Publication number: RU2627382C2
Application number: RU2016102055A
Authority: RU
Inventors: Ольга Алексеевна Платонова; Наталья Васильевна Захватаева; Александр Сергеевич Шеломков; Михаил Александрович Степанов
Original assignee: Акционерное общество "Институт МосводоканалНИИпроект"
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-08-08
Also published as: RU2016102055A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: wastewater treatment is carried out in the aerotank. The active sludge is separated from the purified water in the secondary settler. The circulating active sludge is supplied after precipitation in the secondary settler into the aerotank. The excess active sludge is removed to the sewage sludge treatment facilities in an amount of 1/60-1/100 of the total sludge mass in the aerotank and the secondary settler per day.

EFFECT: volume reduction of the excess active sludge while improving the quality of purified water by chemical oxygen consumption, biochemical oxygen demand and nitrogen compounds.

3 cl, 1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к области очистки сточных вод, в частности, к способам биологической очистки сточных вод, и может быть использовано для очистки хозяйственно-бытовых, городских и близких к ним по составу производственных сточных вод, загрязненных биоразлагаемыми органическими соединениями, как при новом строительстве, так и для реконструкции действующих очистных сооружений.The invention relates to the protection of the environment, and in particular to the field of wastewater treatment, in particular, to methods for biological wastewater treatment, and can be used for treatment of domestic, urban and industrial wastewater contaminated with biodegradable organic compounds , both in new construction, and for the reconstruction of existing treatment facilities.

Одним из первоочередных природоохранных требований является повышение качества очистки сточных вод, отводимых в водные объекты. Чем выше качество очистки сточных вод, тем меньше отрицательное техногенное воздействие на окружающую природную среду.One of the priority environmental requirements is to improve the quality of wastewater treatment discharged into water bodies. The higher the quality of wastewater treatment, the less negative the technogenic impact on the environment.

В процессе биологической очистки сточных вод образуется вторичное загрязнение - избыточный активный ил. Для обезвоживания и утилизации избыточного активного ила могут быть использованы иловые площадки, для которых требуется значительное отчуждение земель, а также энерго- и трудозатраты, или специальные реагенты и оборудование, что в свою очередь приводит к повышению эксплуатационных затрат.In the process of biological wastewater treatment, secondary pollution is formed - excess activated sludge. For dewatering and disposal of excess activated sludge, sludge sites can be used, which require significant land disposal, as well as energy and labor costs, or special reagents and equipment, which in turn leads to an increase in operating costs.

Проблема сокращения объемов образующегося в процессе биологической очистки сточных вод избыточного активного ила в настоящее время является весьма актуальной.The problem of reducing the volume of excess activated sludge generated during biological wastewater treatment is currently very relevant.

Известны многочисленные способы биологической очистки сточных вод, направленные на сокращение количества избыточного активного ила, как путем воздействия на активный ил, отводимый из вторичного отстойника, так и на сам избыточный активный ил.Numerous methods of biological wastewater treatment are known, aimed at reducing the amount of excess activated sludge, both by acting on activated sludge discharged from the secondary sump, and on the excess activated sludge itself.

Известен способ биологической очистки сточных вод, согласно которому ведут 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 и отвод очищенной воды из очистных сооружений, при этом циркуляционный активный ил возвращают в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, избыточный активный ил, выводимый из вторичного отстойника, 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. /Патент РФ №2073648, C02F 3/02, 1997 г./.A known method of biological wastewater treatment, according to which the initial wastewater is mechanically treated and solid sediment is separated from it, sewage is settled in the primary sump and the raw sediment is separated from it, aerobic biological wastewater treatment with activated sludge in aeration tank, sedimented mixture of wastewater and activated sludge in the secondary sump, the withdrawal of precipitated activated sludge from the secondary sump and the removal of treated water from treatment plants, while the circulating activated sludge is returned to aerot In order to participate in the biochemical oxidation process, excess activated sludge discharged from the secondary sump is subjected to physical and 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 processed active the sludge is mixed with the original wastewater before it is fed into the primary sump, and the other part with a mixture of wastewater and activated sludge discharged from erotenka, before feeding it 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 modes of physical mechanical processing of activated sludge is selected based on the conditions of complete exhaustion of protein reserves of cells to ensure maximum concentration in ekletochnyh biopolymers in the treated environment. / RF patent No. 2073648, C02F 3/02, 1997 /.

Недостатками известного способа является то, что при обработке только объема избыточного активного ила происходит уничтожение микроорганизмов ила и обработанная часть активного ила изымается из процесса биологического окисления. Используются только биополимеры, ускоряющие процесс флокуляции загрязнений, циркуляционный ил, подаваемый из вторичных отстойников в аэротенк и непосредственно принимающий участие в процессе биоокисления органических загрязнений, не подвергается обработке, следовательно, его метаболическая активность не изменяется, при этом повышаются эксплуатационные затраты.The disadvantages of this method is that when processing only the volume of excess activated sludge, sludge microorganisms are destroyed and the treated part of the activated sludge is removed from the biological oxidation process. Only biopolymers are used that accelerate the process of flocculation of contaminants, the circulating sludge supplied from the secondary settling tanks to the aeration tank and directly participating in the biooxidation of organic pollutants is not processed, therefore, its metabolic activity does not change, while operating costs are increased.

Известен способ биологической очистки сточных вод, согласно которому ведут 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 циркуляционного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, физико-механическую обработку циркуляционного активного ила и отвод очищенной воды из очистных сооружений, отличающийся тем, что физико-механическую обработку циркуляционного активного ила осуществляют путем ультразвукового воздействия в роторном аппарате с модуляцией потока перед подачей в аэротенк до получения флокул с размерами, обеспечивающими полную седиментацию активного ила, при этом одновременно с циркуляционным активным илом в роторный аппарат с модуляцией потока подают атмосферный воздух и производят диспергирование ило-воздушной смеси и ее насыщение растворенным кислородом. /Патент РФ №2388705, C02F 3/02, 2007 г./.A known method of biological wastewater treatment, according to which the initial wastewater is mechanically treated and solid sediment is separated from it, sewage is settled in the primary sump and the raw sediment is separated from it, aerobic biological wastewater treatment with activated sludge in aeration tank, sedimented mixture of wastewater and activated sludge in the secondary sump, the withdrawal of precipitated activated sludge from the secondary sump, the circulation of activated sludge into the aeration tank to participate in the biochemical oxidation process, physical co-mechanical treatment of circulating activated sludge and removal of purified water from treatment facilities, characterized in that the physicomechanical treatment of circulating activated sludge is carried out by ultrasonic treatment in a rotary apparatus with flow modulation before being fed into the aeration tank until flocs with sizes providing full sedimentation of active sludge, while at the same time as circulating activated sludge, atmospheric air is supplied to the rotary apparatus with flow modulation and sludge is dispersed stuffy mixture and its saturation dissolved oxygen. / RF patent No. 2388705, C02F 3/02, 2007 /.

Недостатками известного способа являются высокие эксплуатационные затраты из-за обработки циркуляционного активного ила в роторном аппарате и дополнительного расхода воздуха на аэрацию для окисления в аэротенке обработанного циркуляционного активного ила, а также то, что используемая технология не позволяет снизить количество образующихся осадков, в том числе избыточного активного ила.The disadvantages of this method are the high operating costs due to the processing of circulating activated sludge in the rotary apparatus and the additional air flow for aeration for oxidation in the aeration tank of the processed circulating activated sludge, as well as the fact that the technology used does not allow to reduce the amount of precipitation formed, including excessive activated sludge.

Известен способ биологической очистки сточных вод, согласно которому ведут 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 (циркуляционного) активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды из очистных сооружений, при этом избыточный активный ил подвергают гидромеханическому воздействию с интенсивностью 500-3000 Дж/кг микробной массы × с, 70-80% обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а 20-30% - со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник, при этом процессы перемешивания указанных суспензий ведут в течение 10-20 мин с интенсивностью, соответствующей безразмерному коэффициенту Рейнольдса Re=2000-4000 /Патент РФ №2535989, C02F 3/00, C02F 3/02, 2014 г./.A known method of biological wastewater treatment, according to which sedimentation of wastewater is carried out in the primary sump and separation of crude sludge from it, aerobic biological treatment of wastewater with activated sludge in aeration tank, sedimentation of a mixture of wastewater and activated sludge in the secondary sump, withdrawal of precipitated activated sludge from the secondary sedimentation tank, supply of return (circulating) activated sludge to the aeration tank to participate in the biochemical oxidation process, removal of excess activated sludge from the secondary sump and removal of the purifier water from sewage treatment plants, while the excess activated sludge is subjected to hydromechanical action with an intensity of 500-3000 J / kg of microbial mass × s, 70-80% of the treated activated sludge is mixed with the source wastewater before it is fed to the primary sump, and 20-30 % - with a mixture of wastewater and activated sludge discharged from the aeration tank, before it is fed to the secondary sump, while the processes of mixing these suspensions are carried out for 10-20 minutes with an intensity corresponding to the dimensionless Reynolds coefficient Re = 2000-4000 / Patent RF No. 2535989, C02F 3/00, C02F 3/02, 2014 /.

Недостатком известного способа являются высокие эксплуатационные затраты на аппараты гидромеханического воздействия, а также то, что общее количество осадка не сокращается, а меняется только технология его обработки.The disadvantage of this method is the high operating costs of hydromechanical devices, as well as the fact that the total amount of sludge is not reduced, but only the processing technology changes.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ биологической очистки сточных вод по классической схеме, включающей подачу сточной воды после первичных отстойников в аэротенк, 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 циркуляционного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из очистных сооружений и отвод очищенной воды /Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев «Водоотведение и очистка сточных вод». - МГСУ, Издательство Ассоциации строительных вузов, Москва, 2006, с. 248-250, рис. 11.7/.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is the method of biological wastewater treatment according to the classical scheme, including the supply of wastewater after primary sumps to the aeration tank, aerobic biological treatment of wastewater with activated sludge in the aeration tank, settling of a mixture of wastewater and activated sludge in the secondary sump , the withdrawal of precipitated activated sludge from the secondary sump, the supply of circulating activated sludge to the aeration tank to participate in the biochemical oxidation process, the conclusion is excessive Foot activated sludge from sewage treatment plants and discharge purified water /YU.V. Voronov, S.V. Yakovlev "Wastewater and wastewater treatment". - MGSU, Publishing house of the Association of construction universities, Moscow, 2006, p. 248-250, fig. 11.7 /.

Недостатками известного способа являются невысокие показатели очистки сточных вод и большое количество образующегося избыточного активного ила, который требует дальнейшей обработки и утилизации, что влечет за собой значительные эксплуатационные затраты.The disadvantages of this method are the low rates of wastewater treatment and a large amount of generated excess activated sludge, which requires further processing and disposal, which entails significant operating costs.

Процесс биологической очистки в аэротенках сопровождается существенным приростом биомассы, что приводит к значительному количеству избыточного активного ила, направляемого на сооружения обработки осадков сточных вод.The biological treatment process in aeration tanks is accompanied by a significant increase in biomass, which leads to a significant amount of excess activated sludge sent to wastewater treatment plants.

Технический результат, полученный от использования предложенного способа, заключается в снижении эксплуатационных затрат за счет сокращения количества избыточного активного ила при одновременном повышении качества очищенной воды по соединениям азота, а также по таким показателям, как химическое потребление кислорода (ХПК) и биологическое потребление кислорода за 5 суток (БПК₅).The technical result obtained from the use of the proposed method is to reduce operating costs by reducing the amount of excess activated sludge while improving the quality of purified water by nitrogen compounds, as well as by indicators such as chemical oxygen demand (COD) and biological oxygen consumption in 5 days (BOD ₅ ).

Технический результат достигается за счет того, что в способе биологической очистки сточных вод, включающем обработку сточных вод в аэротенке, отделение активного ила от очищенной воды во вторичном отстойнике, подачу циркуляционного активного ила после осаждения во вторичном отстойнике в аэротенк и удаление избыточного активного ила на сооружения обработки осадков сточных вод, избыточный активный ил удаляют в количестве 1/60-1/100 от суммарной массы активного ила в аэротенке и вторичном отстойнике в сутки.The technical result is achieved due to the fact that in the method of biological wastewater treatment, which includes treating wastewater in an aeration tank, separating activated sludge from treated water in a secondary sump, circulating activated sludge after sedimentation in a secondary sump in an aeration tank and removing excess activated sludge to structures treatment of sewage sludge, excess activated sludge is removed in an amount of 1 / 60-1 / 100 of the total mass of activated sludge in the aeration tank and secondary sump per day.

Предпочтительно избыточный активный ил удаляют после осаждения во вторичном отстойнике.Preferably, excess activated sludge is removed after sedimentation in a secondary sump.

Как вариант, избыточный активный ил удаляют из аэротенка.Alternatively, excess activated sludge is removed from the aeration tank.

Схемы биологической очистки сточных вод приведены на чертежах: на Фиг. 1 - с удалением избыточного активного ила после осаждения во вторичном отстойнике; на Фиг. 2 - с удалением избыточного активного ила из аэротенка, где 1 - подача исходной сточной воды на очистку, 2 - аэротенк, 3 - иловая смесь, 4 - вторичный отстойник, 5 - очищенная сточная вода, 6 - осажденный активный ил из вторичного отстойника, 7 - циркуляционный активный ил, 8 - избыточный активный ил.Biological wastewater treatment schemes are shown in the drawings: FIG. 1 - with the removal of excess activated sludge after sedimentation in a secondary sump; in FIG. 2 - with the removal of excess activated sludge from the aeration tank, where 1 is the feed wastewater for treatment, 2 is the aeration tank, 3 is a sludge mixture, 4 is a secondary sump, 5 is treated wastewater, 6 is precipitated activated sludge from a secondary sludge, 7 - circulating activated sludge, 8 - excess activated sludge.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Исходную сточную воду 1 после механической очистки направляют в аэротенк 2, в котором подвергают обработке совместно с активным илом. Иловую смесь 3 из аэротенка 2 направляют во вторичный отстойник 4, где ее разделяют на очищенную воду 5 и осажденный активный ил 6, циркуляционный активный ил 7 возвращают в аэротенк 2, а избыточный активный ил 8 удаляют после осаждения во вторичном отстойнике 4 (Фиг. 1) или из аэротенка 2 (Фиг. 2) и направляют на сооружения обработки осадков сточных вод. Избыточный активный ил 8 удаляют в количестве 1/60-1/100 от суммарной массы ила в аэротенке 2 и вторичном отстойнике 4 в сутки. Удаление избыточного активного ила в количестве более 1/60 и менее 1/100 от суммарной массы активного ила в аэротенке 2 и вторичном отстойнике 4 в сутки приводит к снижению степени очистки сточных вод по ХПК, БПК и соединениям азота.The initial wastewater 1 after mechanical treatment is sent to aeration tank 2, in which it is treated together with activated sludge. The sludge mixture 3 from the aeration tank 2 is sent to the secondary sump 4, where it is separated into purified water 5 and the precipitated activated sludge 6, the circulating activated sludge 7 is returned to the aeration tank 2, and the excess activated sludge 8 is removed after deposition in the secondary sump 4 (Fig. 1 ) or from the aeration tank 2 (Fig. 2) and sent to the sewage sludge treatment facilities. Excess activated sludge 8 is removed in an amount of 1 / 60-1 / 100 of the total mass of sludge in aeration tank 2 and secondary sump 4 per day. Removing excess activated sludge in an amount of more than 1/60 and less than 1/100 of the total mass of activated sludge in aeration tank 2 and secondary sump 4 per day leads to a decrease in the degree of wastewater treatment by COD, BOD and nitrogen compounds.

В процессе эксплуатации аэротенков в условиях поддержания фиксированной отбавки избыточного активного ила стабилизируется физиологическое состояние биоценоза и соответственно процессов, осуществляемых им. При фиксированной ежесуточной отбавке избыточного ила в количестве 1/60-1/100 от суммарной массы ила в аэротенке и вторичном отстойнике формируется биоценоз с таким набором микроорганизмов, который позволяет достигать стабильных качественных показателей очищенной воды и устойчивой работы сооружений. При этом прирост активного ила значительно уменьшается.During operation of aeration tanks under conditions of maintaining a fixed extraction of excess activated sludge, the physiological state of the biocenosis and, accordingly, the processes carried out by it are stabilized. With a fixed daily removal of excess sludge in the amount of 1 / 60-1 / 100 of the total mass of sludge in the aeration tank and secondary sedimentation tank, a biocenosis is formed with such a set of microorganisms that allows achieving stable quality indicators of purified water and the stable operation of structures. In this case, the increase in activated sludge is significantly reduced.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

Оценка проводилась при сравнении работы двух аналогичных очередей очистных сооружений. Производительность каждой очереди была в пределах 75000-87000 м³/сут. В опытной очереди был сформирован единый биоценоз активного ила и организована отбавка избыточного активного ила, которая составляла 1/42-1/120 долю от массы ила в аэротенке и вторичном отстойнике в сутки. Удаление избыточного активного ила осуществляли из аэротенка посредством эрлифта, который в течение заданного времени откачивал избыточный ил на сооружения обработки осадков сточных вод. Количество удаленного избыточного ила из очереди определялось по времени работы эрлифта в пересчете на сухое вещество (СВ), возможно удаление избыточного активного ила насосами после осаждения во вторичном отстойнике на сооружения обработки осадков сточных вод. В контрольной очереди избыточный активный ил удалялся по стандартной схеме, принятой для очистных сооружений, из конца распределительного канала циркуляционного активного ила из вторичных отстойников посредством насоса, который перекачивал избыточный активный ил на сооружения обработки осадков сточных вод. Количество удаленного избыточного ила из очереди определялось по времени работы насоса в пересчете на сухое вещество (СВ). Данные результатов работы опытной и контрольной очередей очистных сооружений канализации (ОСК) приведены в Таблице.The assessment was carried out by comparing the work of two similar lines of treatment facilities. The productivity of each line was in the range of 75000-87000 m ³ / day. In the experimental line-up, a single biocenosis of activated sludge was formed and the disposal of excess activated sludge was organized, which amounted to 1 / 42-1 / 120 of the sludge mass in the aeration tank and secondary sump per day. The excess activated sludge was removed from the aeration tank by means of an airlift, which for a predetermined time pumped out excess sludge to the sewage sludge treatment facilities. The amount of removed excess sludge from the queue was determined by the operating time of the airlift in terms of dry matter (SR), it is possible to remove excess activated sludge by pumps after deposition in a secondary sump to sewage sludge treatment facilities. In the control line, excess activated sludge was removed according to the standard scheme adopted for sewage treatment plants from the end of the distribution channel of circulating activated sludge from secondary sumps by means of a pump that pumped excess activated sludge to sewage sludge treatment facilities. The amount of removed excess sludge from the queue was determined by the pump operating time in terms of dry matter (CB). Data on the results of the pilot and control lines of sewage treatment plants (OSK) are given in the Table.

Сравнительные данные работы опытной и контрольной очередей ОСК.Comparative data on the operation of the pilot and control lines of the USC.

Анализ полученных данных показывает, что уменьшение доли избыточного активного ила, отбавляемого по предложенному способу, по сравнению с объемом удаляемого ила по стандартной технологии, применяемой на всех ОСК, позволяет не только уменьшить количество избыточного активного ила, подаваемого на сооружения обработки осадков сточных вод, но и улучшить качественные показатели очищенной воды по ХПК, БПК и соединениям азота.An analysis of the data shows that a decrease in the proportion of excess activated sludge discharged by the proposed method, compared with the volume of removed sludge using the standard technology used on all OSK, can not only reduce the amount of excess activated sludge supplied to the sewage sludge treatment facilities, but and improve the quality indicators of purified water for COD, BOD and nitrogen compounds.

Claims

1. The method of biological wastewater treatment, including the treatment of wastewater in an aeration tank, the separation of activated sludge from treated water in a secondary sump, the circulation of activated sludge after sedimentation in a secondary sump in an aeration tank and the removal of excess activated sludge to wastewater sludge treatment facilities, characterized in that excess activated sludge is removed in an amount of 1 / 60-1 / 100 of the total mass of activated sludge in the aeration tank and secondary sump per day.

2. The method of biological wastewater treatment according to claim 1, characterized in that the excess activated sludge is removed after sedimentation in a secondary sump.

3. The method of biological wastewater treatment according to claim 1, characterized in that the excess activated sludge is removed from the aeration tank.