Технология биологической очистки сточных вод различного происхождения

Технология биологической очистки сточных вод различного происхождения

Ключевые слова
Энергетика и энергоэффективность Рациональное природопользование Охрана окружающей среды Биотехнологии

Описание
Технология биологической очистки сточных вод различного происхождения с одновременным получением энергоносителей (биогаза или водорода), которая обеспечивает достижение современных нормативных параметров воды предназначенной для сброса в природные водоемы.
Технология очистки воды реализуется последовательно в сооружениях с различными кислородными условиями (анаэробными, аноксидных, аэробными) с использованием иммобилизованного на волокнистом носителе биоценоза.
Технология внедрена на городских очистных сооружениях, предприятиях (кожзаводе, молокозаводы, пивзаводы). Технологию возможно модифицировать для сточных вод различного состава и концентрации по органическим и неорганическими веществами, например для сточных вод нефтяных комплексов.

Новизна инновации:
Существующие физико-химические технологии очистки сточных вод требуют использования веществ, которые сами могут вызвать загрязнение, является энергозатратными, требуют дополнительных технологий утилизации полученных веществ, не решают вопросы утилизации осадков.
Современные технологии биологической очистки сточных вод, разработанные в Институте коллоидной химии и химии воды, ВНИИ ВОДГЕО, современными компаниями биотехнологий с использованием анаэробного процесса с гранулированным активным илом в UASB-реакторах; Ludzak-Ettinger, Bardenpho, Biodenitro, Carrousel, JHB, UCT, МUCT, А2/О, позволяют эффективно очистить сточные воды, но характеризуются высокими эксплуатационными и капитальными затратами.
За предложенной многоступенчатой анаэробно-аэробной технологией очистки сточных вод с использованием иммобилизованных микроорганизмов на первых анаэробных стадиях происходит разложение органических соединений микроорганизмами-гетеротрофами с выделением биогаза или водорода. Сероводород, образующийся в анаэробной стадии, является соединением, осаждает тяжелые металлы при их наличии в сточной воде. После обработки осадка возможно их удаление.
Для улучшения массообмена между сточной водой и иммобилизованными на поверхности волокнистых носителей микроорганизмами, а также для орошения поверхности носителей, расположенных в газовой фазе анаэробных биореакторов, установлен циркуляционный насос.
После анаэробного биореактора сточные воды поступают последовательно в аноксидных и аэробные биореакторы. Для создания аноксидных условий и для массообмена на дне сооружений устроены аэраторы для мелкопузырчатой аэрации, которые обеспечивают концентрацию растворенного кислорода около 0,5 мг/дм3. Концентрация воздуха в аэробных биореакторах - около 2 мг/дм3. Происходит разложение органических веществ, содержащихся в сточной воде после анаэробной очистки, окисления соединений азота, анамокс-процесс, в толщине биообростаний - денитрификация и др. под действием гетеротрофных и автотрофных бактерий. Процессы происходящие на поверхности носителей, в толще биообростаний, а также при участии свободноплавающие организмов.
Очищенные сточные воды поступают во отстойники, где удаляются частицы биообростаний и свободноплавающий ил, которые выносятся из аэробного биореактора (осадок). Освещенные сточные воды можно удовлетворяют нормам и могут быть сброшены в водные объекты. Осадок из отстойника с высокой степенью минерализации можно удалять на иловые площадки для подсушивания и утилизацию, например, в качестве удобрения. Металлы также могут быть сорбированных на поверхности микроорганизмов или накопленные их клетками, в процессе переработки осадка возможно их удаление для дальнейшего использования.
Вследствие использования разработанной технологии образуется в 3-5 раз меньше отходов (осадка) и на 40-60% снижаются затраты электроэнергии по сравнению с классической аэробной очисткой сточной воды. Использование иммобилизованных микроорганизмов обеспечивает высокую концентрацию биомассы в здании (9-20 г/дм3), высокое качество образованного осадка (зольность около 50%), возможность сопротивления залповых выбросов, отсутствие опухания ила. На основе результатов лабораторных и производственных исследований была разработана методика расчета сооружения (биореакторов) анаэробно-аэробной технологии, количества носителя варианта реконструкции существующего сооружения и проектирование новой. Использование данной технологии одновременно с очисткой сточных вод позволяет получить биогаз, количество метана в котором зависит от состава сточных вод. Благодаря использованию носителей с иммобилизованными микроорганизмами в аноксидных и аэробных биореакторах достигается высокая окислительная мощность, что позволяет уменьшить их размеры в 5-10 раз по сравнению с классическими аэротенками. Компактность биореакторов позволяет уменьшить площадь сооружений по сравнению с классическими сооружениями, и снизить затраты на их строительство.

Описание проблемы:
Основной причиной загрязнения поверхностных вод является сброс неочищенных и недостаточно очищенных хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод, что приводит к возникновению анаэробных процессов, гниения органических загрязнений и, в конце концов, к непригодности водоемов-приемников сточных вод для нужд водопользования, замора рыбы, цветение и зарастания, затруднение рекреационного использования водных объектов. Особенно опасны сточные воды ряда отраслей промышленности (легкой, пищевой, нефтяных комплексов), которые содержат высокие концентрации взвешенных веществ, высокомолекулярных органических соединений, а также жиров, СПАВ, ионов тяжелых металлов и других загрязняющих веществ.
Для очистки коммунальных и многих типов промышленных сточных вод в основном используют традиционные технологии биологической очистки в аэротенках в процессе аэробного окисления с участием активного ила. Использование таких технологий для очистки высококонцентрированных сточных вод имеет ряд недостатков: влияние на эффективность очистки неравномерности поступления сточных вод по производительности и концентрациями загрязнений, зависимость от температуры (низкая и быстрая смена температуры замедляют процесс), рН, токсичных для активного ила веществ (СПАВ, ионов тяжелых металлов, красителей и т.п.), несоответствие качества очищенной воды установленным нормам (особенно при соединениями азота, фосфора), вспухания ила вследствие развития нитчатых бактерий и, как результат, плохое отделение его от очищенной воды, большое количество избыточного ила, который требует значительных затрат на обработку и утилизацию.

Стадия разработки:
Разработка завершена с подтвержденными результатами

Потенциальные потребители, рынки:
Потенциальными потребителями являются очистные сооружения как городов, поселков, локальных (частных), так и промышленных объектов (пищевой отрасли, нефтеперерабатывающего комплекса и др.).