RU2605325C1 - Способ очистки сточных вод от аммония и органического вещества - Google Patents
Способ очистки сточных вод от аммония и органического вещества Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605325C1 RU2605325C1 RU2015142067/10A RU2015142067A RU2605325C1 RU 2605325 C1 RU2605325 C1 RU 2605325C1 RU 2015142067/10 A RU2015142067/10 A RU 2015142067/10A RU 2015142067 A RU2015142067 A RU 2015142067A RU 2605325 C1 RU2605325 C1 RU 2605325C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- sludge
- biomass
- activated sludge
- nitrogen
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 15
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 title abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 89
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims abstract description 61
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 33
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 28
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 241001191585 Candidatus Jettenia moscovienalis Species 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000001651 autotrophic effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 11
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 9
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 8
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 7
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005188 flotation Methods 0.000 claims description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 claims description 3
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 16
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 7
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 6
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 6
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 6
- 238000005276 aerator Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000001546 nitrifying effect Effects 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 3
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 3
- 108020004465 16S ribosomal RNA Proteins 0.000 description 2
- ZJPGOXWRFNKIQL-JYJNAYRXSA-N Phe-Pro-Pro Chemical compound C([C@H](N)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(O)=O)C1=CC=CC=C1 ZJPGOXWRFNKIQL-JYJNAYRXSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 2
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241001397818 Candidatus Jettenia Species 0.000 description 1
- 241000247627 Elusimicrobia bacterium Species 0.000 description 1
- 108020005187 Oligonucleotide Probes Proteins 0.000 description 1
- 238000012408 PCR amplification Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CAMXVZOXBADHNJ-UHFFFAOYSA-N ammonium nitrite Chemical compound [NH4+].[O-]N=O CAMXVZOXBADHNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002751 oligonucleotide probe Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
- C02F3/301—Aerobic and anaerobic treatment in the same reactor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки сточных вод от аммония и органических веществ в микроаэробных условиях в реакторе последовательно-периодического действия полного перемешивания. Для этого используют биомассу активного ила, содержащую доминирующие бактерии Candidatus "Jettenia moscovienalis" в количестве по меньшей мере 80% от общего числа клонов бактерий, при этом процесс ведут при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3, дозе ила 2-6 г/л, возрасте ила 4-6 суток, нагрузке по азоту - 620-1000 г N/м3·сут, гидравлическом времени пребывания 8,5-24 ч. Изобретение обеспечивает повышенную эффективность очистки сточных вод при высокой удельной загрузке по азоту. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 табл., 8 пр.
Description
Изобретение относится к области очистки сточных вод, а конкретно - области очистки от азота и органического вещества с использованием процессов частичной нитрификации, автотрофной и гететотрофной денитрификации.
В настоящее время распространенным способом удаления азота из сточных вод является технология гетеротрофной нитри-денитрификации (последовательной или одновременной). Недостатком этого способа является обязательное наличие в очищаемой воде легкоокисляемого доступного органического вещества для стадии денитрификации. Из уровня техники известно, что при низком содержании биологически доступного органического вещества денитрификация не протекает, поэтому требуется добавка органического субстрата, что удорожает процесс очистки сточных вод (например, RU 2210549, 20.08.2003, RU 2264355, 20.11.2005).
Известны способы удаления аммония из сточных вод, протекающие в аноксидных условиях с использованием специфических бактерий, в которых аммоний окисляется нитритом (например, US 5078884, 07.01.1992, US 6485646, 26.11.2002, US 5259959, 09.11.1993, US 20060191846, 31.08.2006, WO 1998007664, 26.02.1998, WO 2013151836 A1, 10.10.2013, RU 2530060, 10.10.2014). В упомянутых аналогах используют два процесса - аэробное окисление части аммония до нитрита, затем биологическая автотрофная денитрификация, известная как процесс ANAMMOX. В этих процессах используют нитрит в качестве акцептора электронов, а аммоний - в качестве донора электронов с участием специфических анаэробных микроорганизмов (анаммокс-бактерий). В этих способах потребность в кислороде для окисления аммония меньше, и для обеспечения денитрификации дополнительный источник углерода не требуется.
Недостатком известных способов является образование нитрата в процессе жизнедеятельности бактерий, осуществляющих процесс аноксидного окисления аммония, что обуславливает наличие этого загрязнителя в обработанной сточной воде и необходимость ее дальнейшей очистки, что удорожает и усложняет процесс очистки в целом
Известен способ по US 20070251881, 01.11.2007, в котором для установления оптимального рН в реакторе-нитрификаторе предложено создание в реакторе биопленки. Стабильный рН в биопленке способствует активации нитрификаторов. Скорость роста аммоний-окисляющих нитрифкаторов выше, чем нитрификаторов, окисляющих нитрит, которые вымываются из реактора. Таким образом, аккумуляция нитрита и достаточное количество карбонат- или бикарбонат-ионов в очищаемой воде способствуют протеканию процесса Анаммокс. Очищенная вода поступает в реактор-денитрификатор, где происходит процесс Анаммокс, также сопровождающийся образованием нитрата: 0.43NH4++0.57NO2 -+0.28НСО3 -+0.06Н+→0.44N2↑+0.11NO3 -+0.028CH2O0.5N0.15+0.87Н2О. Сточная вода после денитрификатора может быть направлена во второй реактор-денитрификатор, где при добавлении органического субстрата (например, метанола), нитрат, образованный на предыдущей стадии, и остаточный нитрит удаляются бактериями-денитрификаторами в анаэробных условиях. Также сточная вода после денитрификатора может быть возвращена в аэробный реактор для удаления остаточных количеств БПК.
Известный способ является достаточно сложным.
Приведенные выше аналоги не могут быть эффективно применены к очистке сточных вод, содержащих одновременно высокие концентрации соединений азота и труднодоступное органическое вещество. К таким водам относятся, например, воды, образующиеся при обработке сброженного осадка метантенков или фильтраты полигонов депонирования осадка сточных вод. Для удаления нитрата, образующегося в процессе аноксидного окисления аммония, необходимо доступное органическое вещество, которого не хватает в таких водах.
Известен способ очистки сточных вод, принятый за прототип предлагаемого решения, в котором для очистки сточных вод от азота и труднодоступного органического вещества осуществляют окисление аммония и труднодоступного органического вещества в аэробно-аноксидных условиях, проводимое последовательно или одновременно при помощи специфических микроорганизмов, культивированных в биореакторе и приспособленных к условиям процесса очистки воды. Основной целевой процесс, аноксидного окисления аммония протекает при температуре 20-28°С, дозе ила - 1,5-2,5 г/л (RU 2492148, 10.09.2013).
Недостатками известного решения являются: при двухстадийном проведении процесса - неустойчивость первой стадии частичной нитрификации, а в случае одностадийного варианта - низкая удельная нагрузка по азоту (0,1-0,5 кг N/(м3·сут)), значительное время гидравлического пребывания по воде (2.5-7 сут).
Задачей настоящего изобретения является разработка способа, лишенного упомянутых недостатков.
Техническим результатом, достигаемым заявленным изобретением, является повышение эффективности очистки сточных вод, содержащих высокие концентрации аммония и труднодоступного органического вещества.
Поставленная задача решается описываемым способом очистки сточных вод от азота и труднодоступного органического вещества, согласно которому осуществляют автотрофную и гетеротрофную денитрификации в реакторе с биомассой активного ила, содержащего доминирующие бактерии Candidatus "Jettenia moscovienalis" в количестве по меньшей мере 80% от общего числа клонов бактерий, при этом процесс ведут при перемешивании сточной воды и удержании в реакторе биомассы бактерий при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3, дозе ила 2-6 г/л, возрасте ила 4-6 суток, нагрузке по азоту - 620-1000 г N/м3·сут, гидравлическом времени пребывания 8.5-24 ч.
Способ предусматривает, что процесс очистки воды проводят в реакторе последовательно-периодического действия полного перемешивания (SBR-реактор), при этом продолжительность полного цикла составляет 3-12 часов и состоит из фаз залива, аэрации, отстаивания, выпуска очищенной воды, предпочтительно при доле заменяемого объема 15-50%.
Способ также предусматривает, что процесс очистки воды проводят в реакторе непрерывного действия полного перемешивания.
Используемый активный ил, предпочтительно, сформирован из ила очистных сооружений в присутствии очищаемой воды в условиях реактора.
Способ предусматривает, что удержание биомассы активного ила производят путем прикрепления биомассы к носителю, представленному плавающими или стационарными элементами, выполненными из материала с развитой поверхностью, предпочтительно из нетканого поливинилхлорида или полиэтилена с неорганическим наполнителем, выбранным из мела или углерода.
Способ также предусматривает возможность удержания биомассы активного ила в реакторе с использованием приемов флотации за счет пузырьков воздуха, подаваемого через систему мелкопузырчатой аэрации, и азота, образующегося в процессе реакции автотрофной и гетеротрофной денитрификации.
Осуществление способа в объеме заявленной совокупности признаков обеспечивает микроаэробные условия процесса, одновременное протекание процессов частичной нитрификации, автотрофной денитрификации (Анаммокс) и гетеротрофной денитрификации.
В описываемом способе использованы новые микроорганизмы Candidatus "Jettenia moscovienalis", приспособленные к условиям реактора - повышенной температуре, наличию кислорода, а также несколько способов интенсификации процесса - повышенная доза ила, повышенная температура, повышенная концентрация кислорода, что обуславливает увеличение эффективности (объемной нагрузки) в 10 раз по сравнению с прототипом.
Использованные в способе микроорганизмы описаны нами ранее в статье: Nikolaev A. et all, "Candidatus "Jettenia moscovienalis" sp. nov., A New Species of Bacteria out Anaerobic Ammonium Oxidation", Mikrobiologiia, 2015, Mar-Apr, 84(2), 236-243. В упомянутой статье раскрыты физиологические, морфологические и молекулярно-генетические характеристики бактерий.
Предлагаемый способ испытан нами на ряде сточных вод, содержащих высокие концентрации аммония и низкие - легкодоступного органического вещества, в том числе на фильтрате фильтр-прессов обработки сброженного осадка или ленточных сгустителей сброженного осадка или фильтрате декантеров. Исходные загрязненные воды обрабатывались в реакторе с микроаэробными условиями. В реакторе одновременно протекают целевые реакции очистки воды - с участием флоккулированного свободноплавающего ила окисляется органическое вещество, происходит сорбция взвешенных веществ, часть аммония окисляется до нитрита; во внутренних слоях флоккул протекает реакция гетеротрофной денитрификации; с участием микроорганизмов, локализованных в биопленке и во флотопене, протекает реакция автотрофной денитрификации - окисления аммония нитритом (Анаммокс).
Изобретение поясняется с помощью иллюстраций 1-6.
На рис. 1 представлена технологическая схема реактора периодического действия, где позициями обозначены следующие элементы:
Е - приемная емкость фильтрата гравитационного ленточного сгустителя (ГЛС);
Р - реактор;
Е-1 - накопитель очищенной воды,
Н-1, Н-2, Н-3, Н-4 - шнековые насосы;
ВН - водонагреватель;
К - компрессор.
На рис. 2 представлена биомасса использованных медленнорастущих бактерий, аноксидно окисляющих аммоний, которую удерживали за счет адгезии биомассы на внутренней поверхности реактора и образования флотационной пены (флотопены).
На рис. 3 представлена схема проточного реактора полного перемешивания со стационарной загрузкой, содержащая следующее оборудование.
На рис. 4 представлена зависимость эффективности удаления азота от температуры в проточном реакторе полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом.
На рис. 5 представлен рН-профиль активности ила, выращенного в проточном реакторе полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом, по удалению азота.
На рис. 6 (А и Б) представлены фотографии использованных бактерий.
Сущность изобретения иллюстрируется также следующими примерами.
Пример 1. Для очистки фильтрата ленточных сгустителей сооружений обработки осадка Курьяновских очистных сооружений (КОС) г. Москвы (состав воды см. табл. 1) был создан пилотный реактор. В основе технологической схемы находится реактор периодического действия (SBR-реактор), объемом 0,35 м3, (рис. 1). Реактор изготовлен из нержавеющей стали, снабжен аэратором, датчиками температуры, кислорода, рН и уровня, оборудован системой подачи воздуха, резиновым аэратором с мелкопузырчатой аэрацией, снабжен лопастной мешалкой, воздух подают компрессором, регулировка автоматическая. Сброс избыточного активного ила в канализацию осуществляют насосом автоматически. Температура поддерживается путем подачи теплой воды насосом из накопительного водонагревателя в рубашку реактора.
Реактор инокулирован активным илом сооружений биологической очистки старого блока Курьяновских очистных сооружений (КОС), г. Москва. Фильтрат гравитационных ленточных сгустителей (ГЛС) сброженного осадка без дополнительной обработки, служащий субстратом для пилотной установки, загружали в приемную емкость Е (объемом 1 м3), один раз в сутки. Фильтрат ГЛС из приемной емкости Е с помощью шнекового насоса Н-3 подавали в реактор Р (расход 900-1000 л/сут. В качестве стартовых условий в реакторе поддерживали температуру 33°С, концентрацию кислорода 1,4 мг/л, гидравлическое время пребывания составляло 8,5 ч. За каждый цикл замещалось 30% объема, продолжительность цикла - 3 ч, цикл состоял из фаз: заполнения (2-5 мин), аэрации, отстаивания ила (10 мин), слива (2-5 мин). Возраст свободноплавающего (нитрифицирующего) ила - 5 суток, доза ила 4 г/л.
Значимое удаление азота (более 50%) было отмечено со 170-го дня с момента запуска установки, инокулированной активным илом КОС. Устойчивое удаление азота на 60-70% было достигнуто к 300-му дню. При достижении в реакторе 50% удаления аммонийного азота (170-й день культивирования) свободноплавающий активный ил начал приобретать бурый оттенок, на элементах конструкции отмечен розовый налет. При достижении уровня удаления азота 70-85% (400-й день) во флотационной пене и на внутренних элементах конструкции реактора начали образовываться ярко-оранжевые биопленки и гранулы, как показано на рис. 2.
После выхода реактора на рабочий режим (400-й день) эффективность удаления различных показателей составила: ВВ - 92-97%, ХПК - 80-90%, БПК5 - 80-90%, азота - 70-85%, Р-РО4 - 30-50%. Нагрузка по азоту в среднем составила 1,1 г N/г беззольного вещества (БВ)·сут или 620 г N/м3·сут (максимальная - до 2 г N/г БВ·сут или 1000 г N/м3·сут). Эффективность удаления азота - 70-85%. Удельная скорость удаления азота составила в среднем 0,82 г N/г БВ·сут или 0,47 кг N/м3·сут.
После выхода реактора на рабочий режим определяли нижние и верхние значения технологических показателей работы реактора. Важно отметить, что нагрузка по азоту подлежала случайному варьированию от 620 до 1000 г N/м3·сут по причине использования производственного стока. Гидравлическое время пребывания воды, возраст ила, доза ила, продолжительность полного цикла SBR-реактора и доля заменяемого объема корректировались в ходе работы реактора таким образом, чтобы основной целевой показатель - удаление азота - был не ниже 70%. Оптимальные значения показателей температуры, рН и содержания кислорода были найдены экспериментально (см. также примеры 4-6). Эффективность удаления азота более 70% была достигнута при следующих нижних значениях технологических показателей SBR-реактора: температура - 32°С, концентрация растворенного кислорода - 0,26 мг/л, рН - 7,5, доза ила - 2 г/л, возраст ила - 4 суток, гидравлическое время пребывания - 8,5 ч, продолжительность полного цикла - 3 ч, доля заменяемого объема - 15%, нагрузка по азоту 620 г N/м3·сут. Верхними значениями технологических показателей SBR-реактора, обеспечивающими более 70% удаления азота, являлись: температура - 38°С, концентрация растворенного кислорода - 1,4 мг/л, рН - 8,3, доза ила - 6 г/л, возраст ила - 6 суток, гидравлическое время пребывания - 24 ч, продолжительность полного цикла - 12 ч и доля заменяемого объема - 50%, нагрузка по азоту 1000 г N/м3·сут.
Основная масса осуществляющих процесс автотрофной денитрификации анаммокс-бактерий (более 90%) удерживалась при их адгезии на элементах реактора. Отношение площади обрастания к объему реактора составляло 10.5 м2/м3, что существенно меньше, чем площадь используемых загрузочных материалов, стационарных или плавающих (до 1000 м2/м3). Этот факт обозначает перспективу интенсификации данной технологии - не менее чем в 10 раз, т.е. до 4.7 кг N/м3·сут, при сохранении достигнутой удельной активности биопленки - 47 г N/м3·сут.
Анаммокс-бактерий в ходе своей жизнедеятельности образуют нитраты. Количество нитратов, присутствующее в очищенной воде реактора, описываемого в предлагаемом способе, в несколько раз меньше, чем можно было бы ожидать по стехиометрии процесса аноксидного окисления аммония. Следовательно, большая часть нитрата тратится на гетеротрофную денитрификацию. По расчету количество аммония, удаляемое через гетеротрофную денитрификацию, составляет 10-15% от всего удаленного азота.
Данный пример иллюстрирует техническую возможность реализации предлагаемого способа для очистки реальных сточных вод (технологических потоков) в виде фильтрата ленточных сгустителей КОС при указанных значениях параметров технологического режима (температура 35±3°С, концентрация растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3, доза ила 2-6 г/л, возраст ила 4-6 суток, нагрузка по азоту - 620-1000 г N/м3·сут, гидравлическое время пребывания 8,5-24 ч) при достижении основного целевого показателя, удаления азота, не ниже 70%.
Пример 2. После накопления активного ила, способного к удалению загрязнителей из жидкой фазы, отделяемой от сброженного осадка сточных вод на ГЛС, были испытаны другие типы возвратных потоков, образующихся при обработке сброженного осадка. При этом все технические и технологические параметры работы реактора остались такими же, как в примере 1. Различие состояло только в типе воды, подаваемой в реактор: фильтрат фильтр-прессов (табл. 2), сливная вода из гравитационных уплотнителей сброженного осадка (табл. 3), фильтрат декантеров Люберецких очистных сооружений (ЛОС) (табл. 4). С каждым типом жидкости реактор работал в течение 30-40 суток. Во всех случаях достигнута высокая степень очистки по азоту, взвешенным веществам, ХПК и БПК.
Данный пример иллюстрирует возможность реализации изобретения для очистки различных технологических потоков, образующихся при метановом сбраживании осадков сточных вод.
Используемые медленно растущие бактерии, автотрофно окисляющие аммоний, эффективно образуют биопленки (см. рис. 2), поэтому с учетом того, что загрузочный материал с развитой поверхностью можно использовать для увеличения биомассы бактерий в реакторе, нами была разработана усовершенствованная схема реактора, содержащего загрузочный материал - носитель.
Пример 3. Для очистки фильтрата ленточных сгустителей сброженного осадка Курьяновских очистных сооружений (КОС) г. Москвы (состав воды см. табл. 5) использован проточный реактор полного перемешивания со стационарной загрузкой, общая схема которого представлена на рис. 3.
Установка состоит из емкостного оборудования (основного реактора рабочим объемом 100 л, отстойника объемом 30 л и приемной емкости объемом 150 л), перекачивающего и перемешивающего оборудования, системы аэрации (воздуходувка, шланги и аэратор), системы подогрева реактора, системы контроля кислорода, температуры и рН. При реализации способа в данной установке происходят следующие процессы. Фильтрат ГЛС заливается в приемную емкость 1, где хранится в течение 24 ч при постоянном перемешивании (до следующей заливки свежего фильтрата). Перед подачей в приемную емкость фильтрат дополнительно очищается путем процеживания через сито, вследствие чего его показатели отличаются от значений аналогичного фильтрата, указанных в таблице 1. Из этой емкости фильтрат подается в биореактор посредством перистальтического насоса. В реакторе установлена стационарная сотовая загрузка ПНД 273-79 (16), на которой нарастает ил Анаммокс. В реакторе поддерживается постоянная температура в интервале 37-38°С путем применения трубчатого теплообменника. Нагревание жидкости осуществляется в водонагревателе 4, ее подача в тепловой контур - циркуляционным насосом 8. Воздух в биореактор подается воздуходувкой (компрессором) 11 и распределяется аэратором 10. Концентрация кислорода поддерживается в узком интервале (0,26-0,28 мг/л) при контроле кислородомером 13.
В условиях проточного реактора полного перемешивания со стационарной загрузкой были протестированы найденные ранее для SBR реактора нижние и верхние значения технологических показатели работы реактора (см. пример 1). При температуре 32°С, содержании кислорода 0,26 мг/л, рН 7,5, дозе ила 2 г/л, возрасте ила 4 суток, гидравлическом времени пребывания 8,5 ч и нагрузке по азоту 620 г N/м3·сут в реакторе удалялось 70-75% общего азота. При температуре 38°С, содержании кислорода 1,4 мг/л, рН 8,3, дозе ила - 6 г/л, возрасте ила - 6 суток, гидравлическом времени пребывания в течение 24 ч и нагрузке по азоту 1000 г N/м3·сут удалялось около 80% общего азота. Наиболее оптимальными условиями, при которых удалялось 85-90% азота были: температура 38°С, концентрация кислорода 0,4-0,8 мг/л, рН 8, доза ила 2 г/л, возраст ила 4 суток, гидравлическое время пребывания 8,5 ч, при нагрузке по азоту 800 г N/м3·сут в реакторе удалялось до 75% общего азота.
Данный пример иллюстрирует возможность реализации разработанной технологии в режиме проточного реактора полного перемешивания с использованием загрузочного стационарного материала и техническую реализуемость предлагаемого способа при заявленных значениях количественных признаков.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие возможность реализации изобретения с получением заявленного технического результата при нижнем и верхнем значениях наиболее технологически важных заявленных количественных признаков, а именно при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3.
Пример 4. С использованием описанного в примере 3 проточного реактора полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом были найдены оптимум, нижний и верхний пределы температур для разработанной технологии. Температуру постепенно повышали с 22 до 40°С. Эффективность удаления азота начала заметно возрастать при температуре 32°С и выше. Максимальное удаление азота зафиксировано в диапазоне температур 35-38°С (см. рис. 4). При температуре 38°С удаление азота перестало возрастать, а при 40°С произошел срыв процесса и полная потеря эффективности. Снижение температуры до 37°С восстанавливало мощность реактора, но по прошествии довольно длительного периода времени (несколько недель). Таким образом, нижним граничным значением температуры для процесса является 32°С, верхним - 38°С. Технологической границей следует считать температуру 35°С±3 с учетом возможных погрешностей работы приборов и оборудования.
Пример 5. С использованием описанного в примере 3 проточного реактора полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом в период после достижения максимальной производительности были найдены оптимум, нижний и верхний пределы концентрации растворенного кислорода для разработанной технологии (см. табл. 6). Оптимальным являлся диапазон 0,4-0,8 мг О2/л. Отклонения от данного диапазона приводили к снижению эффективности удаления азота, однако удаление азота с эффективностью более 70% происходило в более широком диапазоне концентрации растворенного кислорода - 0,26-1,4 мг/л. При высоких значениях концентраций кислорода (больше 1,5 мг/л) удаление азота было минимальным вследствие подавления анаэробного процесса автотрофной денитрификации. При этом режиме весь аммоний переводился в нитрит и нитрат. При значениях кислорода менее 0,26 мг/л наблюдалось снижение скорости целевого процесса аэробной нитритации.
Пример 6. С использованием активного ила, выращенного в проточном реакторе полного перемешивания с загрузочным стационарным материалом, описанном в примере 3, была исследована рН-зависимость процесса удаления аммония в аноксидных условиях. На рис. 5 представлена кривая зависимости эффективности удаления аммония в бескислородных условиях от рН при температуре 35°С.Максимальное удаление азота наблюдалось при рН 7,5-8,3.
Пример 7. Примеры по подбору оптимального материала-носителя.
Для выявления наилучшего типа носителя были проведены эксперименты по исследованию зависимости активности процесса автотрофной денитрификации (Анаммокс) в зависимости от типа загрузочного материала-носителя. Активный ил Анаммокс, выращенный в реакторе, описанном в примере 4, был снят с носителя, помещен в емкость объемом 10 л (его концентрация составляла 2 г/л), в емкость помещены различные типы носителей (см. таблицу 7), после чего в реактор подают субстрат в виде растворов NH4Cl+NaNO2 в соотношении N-NH4/N-NO2, равном 1,3 согласно стехиометрии процесса Анаммокс (в диапазоне 50-70 мг N/л). Инкубацию проводят в течение 1 месяца. После этого загрузочные материалы были извлечены, с них смыт ил Анаммокс, определена его активность и рассчитаны удельные показатели для разных носителей. Результаты представлены в таблице 6.
В зависимости от типа носителя удельная активность анаммокс-бактерий различалась в 4 раза (от 0.12 до 0.5 N г/г БВ*сут). Однако этот показатель не является единственным для определения производительности реактора, т.к. необходимо учитывать величину сорбционной емкости носителя. Максимальная анаммокс-активность в пересчете на объем реактора была зафиксирована для носителя из нетканого поливинилхлорида с минимальной удельной активностью ила, но с максимальной поверхностью для адгезии ила.
Результаты, представленные в таблице, позволяют сделать вывод, что для заявленного процесса важны как материал носителя, так и форма его организации в пространстве.
Пример 8. Исследование используемого активного ила показало следующее. Высокие показатели очистки воды, получаемые с использованием изобретения, иллюстрированного в примерах 1-3, обусловлены активностью бактерии Candidatus "Jettenia moscovienalis", способной к окислению аммония нитритом. При исследовании красных слизистых гранул активного ила из реактора, описанного в примере 1, с применением методов физиологии и биохимии бактерий, микроскопии и молекулярной экологии, установлено, что в использованном активном иле реактора доминируют скопления бактерий характерной округлой формы, свойственной бактериям, анаэробно окисляющих аммоний (рис. 6А). Эти бактерии окрашивались специальными олигонуклеотидными зондами, выявляющими только бактерий данного типа (рис. 6Б).
С помощью молекулярно-биологических методов (ПЦР-амплификация гена 16S рРНК и клонирование) нами установлено, что заявленный результат достигается при доминировании в реакторе (не менее 80% от общего числа клонов) анаммокс-бактерий с уникальной последовательностью гена 16S рРНК (номер в Genbank KF720711). Использованная бактерия, под названием Candidatus "Jettenia moscovienalis", т.е. бактерия рода Са. "Jettenia", выделена в Москве. Нами установлена способность ее существования в составе консорциума микроорганизмов при довольно высоких концентрациях кислорода, что и позволяет обеспечить заявленный технический результат.
Сравнительные данные по очистке предложенным способом и способом по прототипу показали следующие преимущества предложенного способа:
1. Использованные в описываемом способе новые микроорганизмы Candidatus "Jettenia moscovienalis" (не менее 80% от общего числа клонов бактерий) приспособлены к повышенной температуре и наличию кислорода, что расширяет возможности применения технологии.
2. Результатом увеличения скорости процесса явилось сокращение гидравлического времени пребывания до 8.5-24 ч (10 ч в среднем) по сравнению с прототипом (2.5-7 сут.), что обусловило уменьшение объема реактора.
3. Повышенная концентрация растворенного кислорода в реакторе 0,26-1,4 мг/л (микроаэробные условия) по сравнению с прототипом (0,05-0,4 мг/л) обеспечила прохождение в одном реакторе аэробных (нитрификация), анаэробных (автотрофная денитрификация) и микроаэрофильных (гетеротрофная денитрификация) процессов удаления из сточных вод соединений азота в форме аммония, нитрита и нитрата.
4. Удержание биомассы активного ила путем прикрепления к носителю (плавающим или стационарным элементам из нетканого поливинилхлорида или полиэтилена с неорганическим наполнителем) позволила увеличить биомассу бактерий в реакторе и, тем самым, интенсифицировать данную технологию не менее чем в 10 раз по сравнению с прототипом. Кроме того, использование носителя биомассы гарантирует сохранение активного ила анаммокс в возможных нештатных ситуациях.
5. Перечисленные в пп. 1-4 отличия от прототипа, а также повышенная доза ила 2-6 г/л (в прототипе доза ила составляла 1,5-2,5 г/л) позволили увеличить эффективность (объемную нагрузку) в 10 раз и нагрузку по азоту до 0,62-1,0 кг N/м3·сут по сравнению с прототипом (0,1-0,5 кг N/м3·сут).
Claims (6)
1. Способ очистки сточных вод от аммония и труднодоступного органического вещества, включающий автотрофную и гетеротрофную денитрификации в реакторе с биомассой активного ила, содержащего бактерии, отличающийся тем, что используют биомассу активного ила, содержащую доминирующие бактерии Candidatus "Jettenia moscovienalis" в количестве по меньшей мере 80% от общего числа клонов бактерий, при этом процесс ведут при перемешивании сточной воды и удержании в реакторе биомассы бактерий при температуре 35±3°С, концентрации растворенного кислорода 0,26-1,4 мг/л, рН 7,5-8,3, дозе ила 2-6 г/л, возрасте ила 4-6 суток, нагрузке по азоту - 620-1000 г N/м3·сут, гидравлическом времени пребывания 8,5-24 ч.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс очистки воды проводят в реакторе последовательно-периодического действия полного перемешивания, при этом продолжительность полного цикла составляет 3-12 часов и состоит из фаз залива, аэрации, отстаивания, выпуска очищенной воды, предпочтительно при доле заменяемого объема 15-50%.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс очистки воды проводят в реакторе непрерывного действия полного перемешивания.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используемый активный ил сформирован из ила очистных сооружений в присутствии очищаемой воды в условиях реактора.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удержание биомассы активного ила производят путем прикрепления биомассы к носителю, представленному плавающими или стационарными элементами, выполненными из материала с развитой поверхностью, предпочтительно из нетканого поливинилхлорида или полиэтилена с неорганическим наполнителем, выбранным из мела или углерода.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удержание биомассы активного ила в реакторе осуществляют с использованием приемов флотации за счет пузырьков воздуха, подаваемого через систему мелкопузырчатой аэрации, и азота, образующегося в процессе реакции автотрофной и гетеротрофной денитрификации.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015142067/10A RU2605325C1 (ru) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Способ очистки сточных вод от аммония и органического вещества |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015142067/10A RU2605325C1 (ru) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Способ очистки сточных вод от аммония и органического вещества |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2605325C1 true RU2605325C1 (ru) | 2016-12-20 |
Family
ID=58697346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015142067/10A RU2605325C1 (ru) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Способ очистки сточных вод от аммония и органического вещества |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2605325C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2732028C2 (ru) * | 2019-02-05 | 2020-09-10 | Юрий Александрович Николаев | Способ очистки сточных вод от органического вещества, азота и фосфора |
| RU2751356C1 (ru) * | 2020-07-13 | 2021-07-13 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) | Способ удаления азотсодержащих соединений из сточных вод |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2270173C2 (ru) * | 2004-04-02 | 2006-02-20 | Закрытое акционерное общество МП "РИВВКОС" | Способ биологической очистки сточных вод и устройство для его осуществления |
| RU2492148C2 (ru) * | 2010-06-18 | 2013-09-10 | Московское Государственное Унитарное Предприятие "Мосводоканал" | Способ окисления аммония и труднодоступного органического вещества сточных вод в аэробно-аноксидных условиях (варианты) |
| RU2530060C2 (ru) * | 2010-03-10 | 2014-10-10 | Демон Гмбх | Способ биологической очистки содержащих аммоний сточных вод |
| US8864993B2 (en) * | 2012-04-04 | 2014-10-21 | Veolia Water Solutions & Technologies Support | Process for removing ammonium from a wastewater stream |
-
2015
- 2015-10-05 RU RU2015142067/10A patent/RU2605325C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2270173C2 (ru) * | 2004-04-02 | 2006-02-20 | Закрытое акционерное общество МП "РИВВКОС" | Способ биологической очистки сточных вод и устройство для его осуществления |
| RU2530060C2 (ru) * | 2010-03-10 | 2014-10-10 | Демон Гмбх | Способ биологической очистки содержащих аммоний сточных вод |
| RU2492148C2 (ru) * | 2010-06-18 | 2013-09-10 | Московское Государственное Унитарное Предприятие "Мосводоканал" | Способ окисления аммония и труднодоступного органического вещества сточных вод в аэробно-аноксидных условиях (варианты) |
| US8864993B2 (en) * | 2012-04-04 | 2014-10-21 | Veolia Water Solutions & Technologies Support | Process for removing ammonium from a wastewater stream |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2732028C2 (ru) * | 2019-02-05 | 2020-09-10 | Юрий Александрович Николаев | Способ очистки сточных вод от органического вещества, азота и фосфора |
| RU2751356C1 (ru) * | 2020-07-13 | 2021-07-13 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) | Способ удаления азотсодержащих соединений из сточных вод |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Study of operational conditions of simultaneous nitrification and denitrification in a Carrousel oxidation ditch for domestic wastewater treatment | |
| JP3729332B2 (ja) | アップフロー嫌気反応器を含む廃水処理装置、及び、それを利用した廃水処理方法 | |
| US8323487B2 (en) | Waste water treatment apparatus | |
| CN108658230B (zh) | 基于deamox的后置缺氧滤池强化aao+baf工艺脱氮除磷的装置与方法 | |
| JP2011078938A (ja) | 廃水処理方法 | |
| KR100459950B1 (ko) | 질산화조가 분리된 변형 연속회분식 하폐수 처리장치 및그 방법 | |
| JP4671178B2 (ja) | 窒素除去方法及び装置 | |
| CA2542894C (en) | Multi-environment wastewater treatment method | |
| JP2003285096A (ja) | 窒素・リン同時除去型排水処理方法 | |
| CN1277942A (zh) | 水和污水的处理系统以及使用该系统的处理方法 | |
| KR101537755B1 (ko) | 호기성 입상 슬러지를 이용한 매립지 침출수 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법 | |
| RU2605325C1 (ru) | Способ очистки сточных вод от аммония и органического вещества | |
| KR20140132258A (ko) | 생물학적 하수고도처리공법 | |
| JP2001009498A (ja) | 廃水の処理方法および処理装置 | |
| RU2751356C1 (ru) | Способ удаления азотсодержащих соединений из сточных вод | |
| KR100527172B1 (ko) | 축산폐수 및 분뇨등 고농도의 질소를 함유하는 오폐수처리장치 및 방법 | |
| Furumai et al. | Effect of sludge retention time (SRT) on nutrient removal in sequencing batch reactors | |
| Kundu et al. | Anoxic-oxic treatment of abattoir wastewater for simultaneous removal of carbon, nitrogen and phosphorous in a sequential batch reactor (SBR) | |
| KR100438323B1 (ko) | 생물학적 고도처리에 의한 하수, 폐수 처리방법 | |
| KR100632487B1 (ko) | 단계적으로 운영되는 연속회분식 폐수처리장치 및 그 방법 | |
| Chan et al. | Application of membrane bioreactor with sponge media in aquaculture wastewater treatment | |
| HU230285B1 (hu) | Folyamatos betáplálású szennyvízkezelő reaktor és eljárás szennyvíz kezelésére | |
| KR101969769B1 (ko) | 동절기 저온 질산화 장치 | |
| KR20220068189A (ko) | 암모늄 퍼클로레이트를 미세여과의 풀링으로 생물학적으로 처리하는 방법 | |
| JP2023077601A (ja) | メタン発酵消化液の処理方法及びメタン発酵消化液の処理システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180718 Effective date: 20180718 |