Способ аэробной биологической очистки сточных вод и установка для его осуществления

02 3/02, 02 3/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(73) Патентообладатели Денисов Аркадий Алексеевич ,Семижон Анатолий Владимирович(57) 1. Способ аэробной биологической очистки сточных вод, включающий механическую обработку исходной сточной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивания сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, биологическую обработку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, подачу возвратного активного ила в аэротенк,вывод избыточного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды из очистных сооружений, отличающийся тем, что избыточный активный ил подвергают физико-механической обработке, часть обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей в первичный отстойник, а другую часть - со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник. 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, производят раздельно. 3. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что физико-механическую обработку активного ила, подаваемого в первичный отстойник, производят в течение 8-24 минут. 4. Способ по пп.1, 2, 3, отличающийся тем, что физико-механическую обработку осуществляют путем механического или гидравлического, или пневматического, или кавитационного, или ультразвукового, или дезинтегрирующего воздействий на активный ил. 1961 1 5. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что перемешивание обработанного активного ила с жидкими материальными средствами перед подачей их в первичный и вторичный отстойники осуществляют механически или гидравлически, или пневматически. 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. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что время перемешивания для суспензии, подаваемой в первичный отстойник, составляет 15-30 минут, а для суспензии, подаваемой во вторичный отстойник-не более 5-10 минут. 8. Способ по п.5, отличающийся тем, что перемешивание суспензии, подаваемой в первичный отстойник, производят предпочтительно пневматически. 9. Способ по п.5, отличающийся тем, что перемешивание суспензии, подаваемой во вторичный отстойник, производят предпочтительно пневматически. 10. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что количество избыточного активного ила, подаваемого в первичный и вторичный отстойники, выбирают из соотношения 31. 11. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что используют активный ил в эндогенной фазе метаболизма. 12. Способ по пп.1, 2, 11 отличающийся тем, что эндогенную фазу метаболизма обеспечивают путем создания режимов культивирования микроорганизмов, обеспечивающих последовательную смену условий их питания от избытка питательного субстрата до глубокой старвации микроорганизмов. 13. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что состав биоценоза активного ила 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. 14. Установка для аэробной биологической очистки сточных вод, содержащая сообщенные между собой устройство механической обработкиа исходной сточной воды, первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, трубопроводы 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 активного ила и параллельно подключенными к нему перемешивающими устройствами. 15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила состоит из двух параллельно подключенных блоков. 16. Установка по пп.14, 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила или составляющие его блоки выполнены в виде емкостей, снабженных механическими перемешивающими устройствами типа мешалок или гидравлическими перемешивающими устройствами, например,циркуляционными насосами. 17. Установка по пп.14, 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила или составляющие его блоки выполнены в виде емкостей, снабженных пневмоаэраторами, или в виде магистральных материалопроводов с установленными в них поперечными воздушными стеновыми завесами. 18. Установка по пп 14, 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила или 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. 19. Установка по п.18, отличающаяся тем, что проходные сечения мембран выполнены постоянными или уменьшающимися, или увеличивающимися по ходу движения иловой суспензии. 20. Установка по пп.14, 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила или составляющие его блоки выполнены в виде ультразвуковых гидродинамических излучателей. 21. Установка по пп.14, 15, отличающаяся тем, что устройство физико-механической обработки активного ила или составляющие его блоки выполнены в виде дезинтеграторов клеток. 22. Установка по п. 14, отличающаяся тем, что перемешивающие устройства выполнены в виде емкостей, снабженных механическими или гидравлическими, или пневматическими смесительными устройствами. 1961 1 Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано в очистных сооружениях населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных предприятий. 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, 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 1. 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, устройство вывода осажденного возвратного и избыточного активного ила из вторичного отстойника, подачи возвратного ила в аэротенк и отвода очищенной воды 1. Недостатком известного 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. 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 повышенные 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. 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 эффективностью 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, технологический 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. Задача 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. Поставленная задача достигается тем, что при аэробной биологической очистке сточных вод, включающей механическую обработку 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, повышения за счет этого биофлокулирующей способности иловой системы и увеличение 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. Физико-механическую обработку избыточного активного ила, подаваемого на перемешивание перед отстаиванием суспензий в первичном и вторичном отстойниках, могут вести раздельно. Физико-механическую обработку активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный отстойник, ведут в течение 8-24 минут. Перемешивание обработанного активного ила с жидкими материальнымисредами 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 3 1961 1 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. Перемешивание суспензии, подаваемой во вторичный отстойник, производят предпочтительно пневматически. Количество избыточного активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный и вторичный отстойники, выбирают из соотношения 31. 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 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. 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 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. Устройство физикомеханической обработки активного ила может состоять из двух параллельно подключенных блоков. 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 физикомеханической 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. 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 физикомеханической 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. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный способ отличается новой совокупностью признаков, состоящей 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 во 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. 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 щадящим, 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 меньше 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 первич 4 1961 1 ный 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. 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. Количество избыточного активного ила, подаваемого в дальнейшем в первичный и вторичный отстойники, выбирают из соотношения 31. Для коагуляции используют активный ил, находящийся в эндогенной фазе метоболизма 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. Аэробная биологическая очистка сточных вод предлагаемым способом осуществляется следующим образом. 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. Физико-механическая обработка активного ила может осуществляться различными способами в зависимости от его вида, микробиологического состава, возраста и других характеристик. 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 процесса 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. 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. Благодаря ее свойству захвата флокулами и мелкодисперсных и коллоидных 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 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. 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 5 1961 1 веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности. После исчерпания запасных веществ клетки бактерий лизируются и разрушаются, образуя дополнительные центры коагуляции. Как показали экспериментальные исследования, оптимальное потребное время воздействия на клетки микроорганизмов активного ила, зависит от вида сточных вод и свойств 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 воздействие на клетку, уже лизированную и разрушающуюся, приводит к ухудшению дальнейшего процесса флокулирования смеси исходной сточной жидкости и обработанного активного ила. 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 магистраль) с резко изменяющимися проходными геометрическими сечениями. 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. 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. 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). 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). 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 тело (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. 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. После физико-механической обработки активный ил, как указывалось выше, перемешивается с поступающей с участка механической очистки сточной воды. 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 включениями 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. 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 органических загрязнений в исходной сточной воде (в смеси имеются микроорганизмы активного ила, воздух для их дыхания и избыток органического субстрата). После перемешивания сточная вода, содержащая крупные твердые частицы (прошедшие через участок механической очистки и не задержанные в нем) и сфлокулированные в агрегате мелкие твердые и коллоидные частицы, подвергаются отстаиванию в первичном отстойнике. Ввиду увеличения концентрации крупных 6 1961 1 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). 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 циклически подвергаются воздействию по концентрации питательной среды и по степени ее усваиваемости (от легко- до трудноусваиваемого питательного субстрата). 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. Отсутствие высококонцентрированных органических веществ 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 подаваемой в него исходной сточной воды. 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 горловину 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 вторичный отстойники. Операция физико-механической 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. 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 биологической 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. 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 - обеспечить искусственный сдвиг процесса формирования промышленного биоценоза при работе аэротенка в сторону подавления роста нитчатых и нефлокулирующих микроорганизмов. В результате концентрация флокулирующих микроорганизмов в аэротенке возрастает,что благоприятно сказывается как на флокулирование смеси во вторичном отстойнике, так и на возможности получения высоких концентраций биополимеров в иловой суспензии при ее физико-механической обработке в дальнейшем. Разница в протекании процессов подготовки 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 избы 7 1961 1 точного 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 процесса их адгезии с дисперсными клетками, находящимися в смеси сточной воды и активного ила, отводимой из вторичного отстойника. При этом время самого физикомеханического воздействия на клеточную суспензию, подаваемую в дальнейшем во вторичный отстойник,выбирают вдвое меньшим, чем при обработке иловой суспензии перед первичным отстойником. 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-втрое 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 изза интенсивного выделения пузырьков газообразного азота). Гибкость технологического процесса при предлагаемом способе биологической очистки заключается также в том, что количество избыточного активного ила, подаваемого в первичный и вторичный отстойник(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, играющей решающую роль в общем балансе очистных мероприятий). На фиг.1 изображена схема предлагаемой установки для аэробной биологической очистки, на фиг.2 один из вариантов ее исполнения. Установка содержит устройство механической обработки исходной сточной воды 1, например, дуговые или наклонные 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, устройство отвода очищенной воды из вторичного отстойника (см. фиг.1). Установка может содержать не одно 7, а два параллельно подключенных устройства - блока физикомеханической обработки 7 а и 7 б 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. фиг.2). Устройство физико-механической обработки активного ила 7 либо составляющие его блоки 7 а и 7 б 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 материалопроводов 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. Устройство физико-механической обработки активного ила 7 либо составляющие его блоки 7 а и 7 б могут быть выполнены в виде ультразвуковых гидродинамических излучателей различных типов либо в виде различных дезинтеграторов клеток. Перемешивающие устройства 2,5 выполняются в виде отдельных емкостей, снабженных механическими,гидравлическими либо пневматическими смесительными устройствами. Установка работает следующим образом. Исходная сточная вода поступает в устройство механической обработки 1, где от нее отделяется 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. Осветленная сточная 8 1961 1 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 производится как в едином (общем для первичного и вторичного отстойников) устройстве физико-механической обработки 7, так и в отдельном блоке этого устройства 7 б для осуществления гибкости технологического процесса. 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 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. Сущность процессов, проходящих в элементах установки, подробно изложена при описании предлагаемого способа биологической очистки (см. выше). Механизм работы принятых в предлагаемом способе технологических решений состоит в следующем. 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 и увеличение концентрации центров коагуляции. В результате этого за счет увеличения содержания растворенных белков суспензии после ее физикомеханической обработки увеличивается биологическая потребность в кислороде (БПК). При перемешивании этой суспензии со сточной водой наблюдается интенсивная флокуляция находящихся 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 на аэротенке, т.е. к снижению БПК в очищенной воде. В результате этого 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. 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. 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. Примеры использования способа и установки. Пример 1. Лаборатория отдела производственной санитарии и охраны окружающей среды Всероссийского научноисследовательского и технологического института биологической промышленности. 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 воздействие. Время воздействия 3-24 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. 9 1961 1 Пример 2. Очистные сооружения совхоза Борисовский Минской области Республики Беларусь. Вид сточных вод - стоки свинокомплекса. Рабочие объемы емкостей перемешивающих - 60 м 3, отстойников - 150 м 3. 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) улучшилась на 9-12. Пример 3. Очистные сооружения совхоза ВОСТОЧНЫЙ Удмуртской республики (Завьяловский р-н, пос. Италмае). Вид сточных вод - стоки свинокомплекса. Рабочие объемы емкостей перемешивающих - 80 м 3, отстойников 225 м 3. Перемешивание смеси сточной жидкости и активного ила - гидравлическое. Обработка активного ила - механическое перемешивание. Подача активного ила проводилась 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 Заказ 1718 Тираж 20 зкз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.