RU2732028C2 - Method of treating waste water from organic matter, nitrogen and phosphorus - Google Patents
Method of treating waste water from organic matter, nitrogen and phosphorus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732028C2 RU2732028C2 RU2019103073A RU2019103073A RU2732028C2 RU 2732028 C2 RU2732028 C2 RU 2732028C2 RU 2019103073 A RU2019103073 A RU 2019103073A RU 2019103073 A RU2019103073 A RU 2019103073A RU 2732028 C2 RU2732028 C2 RU 2732028C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- sludge
- waste water
- water
- activated sludge
- Prior art date
Links
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
- C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
- C02F3/301—Aerobic and anaerobic treatment in the same reactor
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Activated Sludge Processes (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области очистки сточных вод, а конкретно - области очистки от органического вещества и биогенных элементов, азота и фосфора, с использованием биологических процессов окисления органического вещества, нитрификации, гетеротрофной денитрификации, дефосфотации.The invention relates to the field of wastewater treatment, and specifically - the field of purification from organic matter and biogenic elements, nitrogen and phosphorus, using biological processes of organic matter oxidation, nitrification, heterotrophic denitrification, dephosphotation.
В настоящее время самым распространенным и экономичным способом очистки коммунальных сточных вод является биологическая очистка с применением активного ила [1]. Органическое вещество окисляется гетеротрофными аэробными бактериями, для удаления азота из сточных вод используется технология гетеротрофной нитри-денитрификации (последовательной или одновременной, «симультанной»), а для удаления фосфора используется биологическая дефосфотация, основанная на деятельности так называемых фосфат-аккумулирующих бактерий [1, 2].Currently, the most widespread and economical method of municipal wastewater treatment is biological treatment using activated sludge [1]. Organic matter is oxidized by heterotrophic aerobic bacteria, the technology of heterotrophic nitri-denitrification (sequential or simultaneous, "simultaneous") is used to remove nitrogen from wastewater, and biological dephosphorization is used to remove phosphorus, based on the activity of so-called phosphate-accumulating bacteria [1, 2 ].
Известно много различных технологий очистки сточных вод с применением вышеописанных процессов - Йоханнесбургский процесс, Ганноверский процесс и другие [2]; самым распространенным является процесс Кейптаунского университета. Все эти технологии организованы в пространстве по типу проточных реакторов-вытеснителей разных типов, когда различные процессы протекают «по ходу воды» в разных реакторах или выделенных зонах одного биореактора.There are many different wastewater treatment technologies using the above-described processes - the Johannesburg process, the Hanover process and others [2]; the most common is the University of Cape Town process. All these technologies are organized in space by the type of flow-through reactors-propellants of different types, when various processes proceed “along the water” in different reactors or separate zones of one bioreactor.
Для обеспечения протекания всех целевых реакций необходимо реализовать различные биологические и физические процессы (аэробные, анаэробные, аноксидные, седиментацию), для чего их разделяют пространственно и осуществляют в разных реакторах. При этом необходимо обеспечить несколько технологических внутренних потоков иловых смесей, «рециклов», что требует значительного количества энергии и трубопроводов. Таким образом, каждая партия очищаемой воды последовательно проходит все необходимые зоны, а в каждый момент времени протекают все стадии очистки (с разными партиями воды).To ensure the course of all target reactions, it is necessary to implement various biological and physical processes (aerobic, anaerobic, anoxic, sedimentation), for which they are spatially separated and carried out in different reactors. In this case, it is necessary to provide several technological internal streams of sludge mixtures, "recycles", which requires a significant amount of energy and pipelines. Thus, each batch of purified water sequentially goes through all the necessary zones, and at each moment of time all stages of purification take place (with different batches of water).
Недостатком данной группы способов очистки сточных вод являются значительные площади и объемы, занимаемые очистными сооружениями, и повышенные энергозатраты.The disadvantages of this group of wastewater treatment methods are significant areas and volumes occupied by treatment facilities, and increased energy consumption.
Известен способ биологической очистки сточных вод от биогенных элементов другого типа, основанный на последовательном протекании разных технологических стадий очистки воды (аэробных, бескислородных, осаждения) в одном реакторе - последовательно-периодического типа действия (в англоязычной литературе известных как sequencing-batch reactor (SBR), или, по-русски - реактор последовательно-периодического (последовательно-циклического) действия [3, 4]). Общепринятое название таких реакторов в отечественной литературе - «реакторы SBR-типа». Реакторы такого типа обеспечивают такое же высокое качество очистки стоков от загрязнений, как и проточные реакторы-вытеснители, но при этом занимают меньше места и отличаются большей энергоэффективностью очистки стоков.There is a known method of biological wastewater treatment from biogenic elements of a different type, based on the sequential flow of different technological stages of water purification (aerobic, oxygen-free, sedimentation) in one reactor - sequential-periodic type of action (in the English literature known as sequencing-batch reactor (SBR) , or, in Russian - a reactor of sequential-periodic (sequential-cyclic) action [3, 4]). The common name for such reactors in Russian literature is SBR-type reactors. Reactors of this type provide the same high quality of wastewater treatment from contamination as flow-through displacement reactors, but at the same time take up less space and are more energy efficient in wastewater treatment.
Значительным шагом в развитии реакторов SBR-типа явилось сочетание технологии последовательно-циклических реакторов с технологией так называемых гранулированных илов. Гранулированные илы - это разновидность биологических илов, характеризующаяся высокой плотностью, компактностью и высокими скоростями седиментации (10-25 м/ч) структурной единицы ила - гранулы [5].A significant step in the development of SBR-type reactors was the combination of sequential-cycle reactor technology with the so-called granular sludge technology. Granular sludge is a type of biological sludge characterized by high density, compactness and high sedimentation rates (10-25 m3 / h) of the structural unit of sludge - granules [5].
Известен способ очистки сточных вод (US 2006/032815, WO2004024638 // ЕР1542932 // CN1705618 // СА2498747 / AU2003271227) [6], согласно которому сточные воды на первой стадии подаются в осажденный гранулированный ил, на второй стадии иловая смесь аэрируется, и на третьей стадии гранулы активного ила осаждают и сливают надосадочную жидкость. Эта технология позволяет эффективно удалять не только органические вещества, но также соединения азота и фосфаты с высокой степенью эффективности.There is a known wastewater treatment method (US 2006/032815, WO2004024638 // EP1542932 // CN1705618 // CA2498747 / AU2003271227) [6], according to which wastewater at the first stage is fed into the precipitated granular sludge, at the second stage the sludge mixture is aerated, and the third stage, the activated sludge granules are precipitated and the supernatant is decanted. This technology allows you to effectively remove not only organic matter, but also nitrogen compounds and phosphates with a high degree of efficiency.
Известен также способ очистки сточных вод WO2012/175489A1 // РСТ/ЕР2012/061694 [7], согласно которому на первой стадии происходит подача сточной воды в реактор с гранулированным активным илом, затем происходит перемешивание в анаэробных условиях, на следующей стадии реактор аэрируют, на четвертой стадии происходит отстаивание иловой смеси, на пятой - слив очищенной воды. В описываемом способе подача сточной воды в биореактор осуществляется с высокой скоростью в придонную область, при этом скорость восходящего потока составляет 10-20 м/час, что превышает скорость оседания гранул. Таким образом формируется псевдоожиженный слой гранулированного ила, в котором в анаэробных условиях происходит быстрая сорбция питательных веществ на поверхности гранул. На следующей стадии иловая смесь перемешивается, происходит диффузия питательных веществ внутрь гранул и высвобождение фосфора фосфатов. В течение стадии аэрации происходит нитрификация аммонийного азота и поглощение фосфора. За счет создания градиента концентрации кислорода в гранулах ила развивается специфический биоценоз, при этом на поверхности гранул располагаются аэробные гетеротрофные и нитрифицирующие бактерии, а во внутренних - анаэробно-аноксидные организмы.There is also known a method of wastewater treatment WO2012 / 175489A1 // PCT / EP2012 / 061694 [7], according to which, at the first stage, wastewater is supplied to the reactor with granular activated sludge, then mixing occurs under anaerobic conditions, at the next stage the reactor is aerated, on the fourth stage is the settling of the sludge mixture, at the fifth stage - the discharge of purified water. In the described method, the wastewater is fed into the bioreactor at a high speed to the bottom area, while the ascending flow rate is 10-20 m / h, which exceeds the pellet settling rate. Thus, a fluidized bed of granular sludge is formed, in which, under anaerobic conditions, rapid sorption of nutrients on the surface of the granules occurs. At the next stage, the sludge mixture is mixed, the diffusion of nutrients into the granules and the release of phosphorus phosphates occurs. During the aeration stage, ammonium nitrogen nitrification and phosphorus absorption occurs. Due to the creation of a gradient of oxygen concentration in the silt granules, a specific biocenosis develops, with aerobic heterotrophic and nitrifying bacteria located on the surface of the granules, and anaerobic-anoxidic organisms in the internal ones.
Описанные способы характеризуется максимальными (из известных на сегодня способов очистки воды) показателями энергоэффективности и удельной производительности (по очистке воды на объем реактора и на площадь биореактора). Площадь, занимаемая очистными сооружениями такого типа, в 4-5 раз меньше, а затраты на очистку воды на 30% ниже, чем по технологиям в проточных реакторах-вытеснителях. Однако описанные способы не лишены недостатков, что снижает их потенциальные возможности, особенно для обедненных органическим веществом сточных вод, характерных для РФ. В технологической схеме описанных способов для удаления азота используется технология одновременной (симультанной) нитрификации/денитрификации, которая обеспечивает минимальное содержание азотных загрязнителей в очищенной воде, однако требует значительного количества органического вещества. Поскольку в сточных водах РФ органического вещества для этих целей часто недостаточно, эта технология работать не будет. Кроме того, по законодательству РФ [8] в очищенной воде могут присутствовать нитраты в значительных количествах (до 9 мг/л), поэтому энергозатраты на полное удаление нитратов при реализации вышеописанных способов очистки сточных вод будут избыточными.The described methods are characterized by the maximum (of the currently known water treatment methods) indicators of energy efficiency and specific productivity (for water treatment per reactor volume and per bioreactor area). The area occupied by this type of wastewater treatment plant is 4-5 times less, and the cost of water purification is 30% lower than for technologies in flow-through reactors-displacers. However, the described methods are not without drawbacks, which reduces their potential, especially for wastewater depleted in organic matter, typical for the Russian Federation. In the technological scheme of the described methods for nitrogen removal, the technology of simultaneous (simultaneous) nitrification / denitrification is used, which ensures the minimum content of nitrogen pollutants in the purified water, but requires a significant amount of organic matter. Since organic matter in wastewaters of the Russian Federation is often insufficient for these purposes, this technology will not work. In addition, according to the legislation of the Russian Federation [8], nitrates may be present in purified water in significant quantities (up to 9 mg / l), therefore, energy consumption for the complete removal of nitrates when implementing the above-described wastewater treatment methods will be excessive.
Указанных недостатков лишен предлагаемый способ очистки сточных вод.The proposed method of wastewater treatment is devoid of these disadvantages.
Техническим результатом, достигаемым заявленным изобретением, является достижение эффективной биологической очистки коммунальных сточных вод с низким содержанием органических веществ в реакторе SBR-типа с гранулированным активным илом, работающем в режиме вытеснения, от соединений углерода, азота и фосфора с пониженным удельным энергопотреблением и при меньшей занимаемой площади.The technical result achieved by the claimed invention is to achieve an effective biological treatment of municipal wastewater with a low organic matter content in an SBR-type reactor with granular activated sludge, operating in a displacement mode, from carbon, nitrogen and phosphorus compounds with a reduced specific energy consumption and with less occupied area.
Поставленная задача решается описываемым способом очистки сточных вод от органического вещества, азота и фосфора, согласно которому процесс очистки воды проводят в последовательно-циклическом реакторе (реакторе SBR-типа) с восходящим потоком, при этом реактор функционирует в циклическом режиме, т.е. периодически повторяются одни и те же циклы продолжительностью 3-12 часов; каждый цикл состоит из фаз подачи сточной воды, аноксидной, аэрации, отстаивания, слива; при этом фазы подачи сточной воды и слива очищенной воды могут частично протекать одновременно; объем подаваемой в каждом цикле сточной воды, предпочтительно, составляет 20-50% объема реактора; при этом объем, подаваемый за один цикл воды, не должен превышать объема, занимаемого осевшим активным илом; доля объема подаваемой на очистку воды (от объема реактора) в числовом выражении приблизительно равна частному от деления концентрации азота нитратов в очищенной воде на концентрацию азота аммония в поступающей воде; время отстаивания и до начала подачи сточной воды составляет не более 10 минут, предпочтительно - не более 5 минут; время подачи сточной воды составляет не менее 30 минут, предпочтительно - 60 минут, но не более 90 минут; точка ввода сточной воды располагается снизу реактора, предпочтительно на дне, система распределения должна обеспечить равномерную подачу сточной воды таким образом, чтобы восходящий поток жидкости был близок к ламинарному и обеспечивал ее равномерное прохождение через слой осевших гранул ила и вытеснение жидкости из пространства между элементами активного ила, гранулами, вверх; конструкция реактора должна обеспечивать равномерное и эффективное перемешивание иловой смеси и ее общее движение снизу вверх на стадиях аноксидной и аэробной как с применением механических перемешивающих устройств, так и барботажа, насосов рецикла иловой смеси; геометрически реактор должен быть предпочтительно круглым (округлым) в плане, при этом соотношение измерений (высота, ширина, длина) не должно превышать 7; гидравлическая глубина реактора должна превышать минимальный поперечник дна (минимальный диаметр) не менее, чем в 1,2 раза, предпочтительно - в 1,5 раза и более; слив очищенной воды должен быть расположен на уровне не ниже 50% от гидравлической высоты реактора, предпочтительно - по уровню жидкости в реакторе; уровень О2 в иловой смеси в аэробную фазу поддерживается в диапазоне 1-2,5 мг/л; доза ила поддерживается на уровне 4-6 г/л, температура в диапазоне 15-25°С, рН 6,5-8; отвод очищенной сточной воды осуществляется после отстаивания гранул и разделения иловой смеси на очищенную воду и фракцию уплотненных гранул двумя способами: 1) после снижения уровня слоя уплотненных гранул ниже сливного отверстия, расположенного на уровне 50% и более глубины жидкости в реакторе через это сливное отверстие, 2) после осветления верхнего слоя жидкости до уровня, приемлемого технологически через сливной лоток, расположенный в верхней части реактора путем вытеснения очищенной воды сточной водой, подаваемой в реактор со дна.The problem is solved by the described method of purifying wastewater from organic matter, nitrogen and phosphorus, according to which the process of water purification is carried out in a sequential-cyclic reactor (SBR-type reactor) with an upward flow, while the reactor operates in a cyclic mode, i.e. the same cycles of 3-12 hours are periodically repeated; each cycle consists of the phases of waste water supply, anoxide, aeration, sedimentation, drainage; in this case, the phases of supplying waste water and draining the purified water can partially proceed simultaneously; the volume of waste water supplied in each cycle is preferably 20-50% of the volume of the reactor; in this case, the volume supplied for one cycle of water should not exceed the volume occupied by the settled activated sludge; the proportion of the volume of water supplied for purification (from the volume of the reactor) in numerical terms is approximately equal to the quotient from dividing the concentration of nitrate nitrogen in the purified water by the concentration of ammonium nitrogen in the incoming water; the settling time and before the start of the waste water supply is not more than 10 minutes, preferably not more than 5 minutes; the time for feeding the waste water is at least 30 minutes, preferably 60 minutes, but not more than 90 minutes; the waste water inlet point is located at the bottom of the reactor, preferably at the bottom, the distribution system must ensure a uniform supply of waste water in such a way that the upward flow of the liquid is close to laminar and ensures its uniform passage through the layer of settled sludge granules and the displacement of liquid from the space between the elements of the activated sludge , granules, up; the design of the reactor should ensure uniform and efficient mixing of the sludge mixture and its general movement from bottom to top at the anoxide and aerobic stages, both with the use of mechanical mixing devices and bubbling, pumps for recycling the sludge mixture; geometrically, the reactor should be preferably round (rounded) in plan, while the ratio of measurements (height, width, length) should not exceed 7; the hydraulic depth of the reactor must exceed the minimum diameter of the bottom (minimum diameter) not less than 1.2 times, preferably 1.5 times or more; the outlet of purified water should be located at a level not lower than 50% of the hydraulic height of the reactor, preferably at the level of the liquid in the reactor; the level of О 2 in the sludge mixture during the aerobic phase is maintained in the range of 1-2.5 mg / l; the sludge dose is maintained at 4-6 g / l, the temperature is in the range of 15-25 ° C, pH 6.5-8; the discharge of purified waste water is carried out after settling the granules and separating the sludge mixture into purified water and a fraction of compacted granules in two ways: 1) after lowering the level of the layer of compacted granules below the drain hole located at a level of 50% or more of the liquid depth in the reactor through this drain hole, 2) after clarification of the upper layer of liquid to a level that is technologically acceptable through the drain tray located in the upper part of the reactor by displacing the purified water with waste water supplied to the reactor from the bottom.
Режим слива очищенной воды должен обеспечивать наличие в очищенной воде достаточного количества взвешенных веществ (легкой фракции активного ила) для обеспечения селекции быстрооседающих гранул активного ила.The mode of draining the purified water should ensure the presence of a sufficient amount of suspended solids (light fraction of activated sludge) in the purified water to ensure the selection of rapidly settling activated sludge granules.
Конструкция установки по очистке воды должна содержать устройство для удаления взвешенных веществ из воды, выходящей из реактора.The design of the water treatment plant should contain a device for removing suspended solids from the water leaving the reactor.
Указанные конструктивные и технологические особенности реактора обеспечивают формирование гранулированного активного ила, содержащего гранулы, имеющие скорость оседания более 6 м/ч, предпочтительно, более 10 м/ч, иловым индексом менее 50 мл/г, предпочтительно, менее 30 мл/г, размеры гранул до 1.6 мм в поперечнике, имеющих округлую форму без полостей.These design and technological features of the reactor ensure the formation of granular activated sludge containing granules having a settling rate of more than 6 m3 / h, preferably more than 10 m3 / h, a sludge index of less than 50 ml / g, preferably less than 30 ml / g, the size of the granules up to 1.6 mm in diameter, having a rounded shape without cavities.
Способ имеет существенные отличия от аналогов и прототипов: технические - распределительная система на дне для обеспечения ламинарного восходящего потока жидкости и устройство для регуляции объема иловой смеси с учетом объема воздуха в иловой смеси, технологические - цикл работы реактора включает дополнительный аноксидный период, тогда как прототип [7] такого периода не имеет; при этом гранулированный активный ил в способе-прототипе в анаэробный период подачи сточной воды в реактор находится в состоянии псевдоожиженного слоя, а в предлагаемом способе в анаэробный период сточная вода пропускается через осевший слой ила без его перемешивания; технология удаления азота в предлагаемом нами способе - последовательная нитри/денитрификация, тогда как в способе-прототипе - симультанная; микробиологические - структура основных функциональных структур активного ила, гранул, образующихся в предлагаемом способе, отличается от структуры гранул в способе-прототипе. Гранулы, описанные ранее, имеют многослойную структуру, они состоят из внешнего аэробного слоя гетеротрофных бактерий, среднего аэробного слоя нитрификаторов и внутреннего анаэробно-аноксидного, тогда как гранулы, формирующиеся в разработанной нами технологии, имеют только два слоя - внутренний слой из отмершей биомассы и внешний, состоящий и автотрофных и гетеротрофных аэробных бактерий различных технологических групп (гетеротрофы, нитрификаторы, денитрификаторы, фосфатаккумулирующие).The method has significant differences from analogues and prototypes: technical - a distribution system at the bottom to ensure a laminar upward flow of liquid and a device for regulating the volume of the sludge mixture, taking into account the volume of air in the sludge mixture, technological - the cycle of the reactor includes an additional anoxide period, while the prototype [ 7] does not have such a period; while the granular activated sludge in the prototype method during the anaerobic period of the wastewater supply to the reactor is in the state of a fluidized bed, and in the proposed method during the anaerobic period wastewater is passed through the settled sludge layer without stirring it; nitrogen removal technology in our proposed method is sequential nitri / denitrification, while in the prototype method - simultaneous; microbiological - the structure of the main functional structures of activated sludge, granules formed in the proposed method, differs from the structure of granules in the prototype method. The granules described earlier have a multilayer structure, they consist of the outer aerobic layer of heterotrophic bacteria, the middle aerobic layer of nitrifiers and the inner anaerobic-anoxide layer, while the granules formed in the technology we have developed have only two layers - an inner layer of dead biomass and an outer consisting of both autotrophic and heterotrophic aerobic bacteria of various technological groups (heterotrophs, nitrifiers, denitrifiers, phosphate-accumulating).
Сущность изобретения иллюстрируется примерами. Предлагаемый способ очистки сточных вод испытан в биореакторах различного объема - лабораторном и полупромышленном.The essence of the invention is illustrated by examples. The proposed method of wastewater treatment has been tested in bioreactors of various sizes - laboratory and semi-industrial.
Пример 1.Example 1.
Исследования особенностей формирования компактной биомассы и оценку эффективности биологической очистки сточной воды проводили в лабораторном реакторе циклического действия с восходящим потоком сточной воды (фиг.1 и фиг.2). Позициями на фиг.1 и фиг.2 обозначено: 1 - емкость со сточной водой; 2 - реактор; 3 - накопительная емкость очищенной воды; 4 - электромеханическая мешалка; 5 - перистальтический насос; 6 - центробежный насос рецикла иловой смеси; 7 - электромагнитный клапан; 8 -кислородный датчик; 9 - воздух из магистрали воздуха; 10 и 11 - верхний и средний водослив через штуцер соответственно.Studies of the features of the formation of compact biomass and the assessment of the effectiveness of biological wastewater treatment were carried out in a laboratory cyclic reactor with an upward flow of wastewater (Fig. 1 and Fig. 2). The positions in figure 1 and figure 2 indicate: 1 - a container with waste water; 2 - reactor; 3 - storage tank of purified water; 4 - electromechanical stirrer; 5 - peristaltic pump; 6 - centrifugal pump for sludge mixture recycling; 7 - electromagnetic valve; 8 - oxygen sensor; 9 - air from the air line; 10 and 11 - upper and middle weir through the nozzle, respectively.
Реактор имел объем 17 л, был снабжен рамной мешалкой с регулируемой частотой вращения (2-30 об/мин). Высота реактора составляла 1,1 м, диаметр - 0,144 м. Материал реактора - поликарбонат. Аэрация мелкопузырчатая, управляемая по сигналу с контроллера. Управление (проток жидкости, перемешивание, аэрация) осуществлялось через специальную программу LOGO. Реактор был снабжен циркуляционным насосом для перемешивания иловой смеси. За сутки в реактор подавалось 50-70 л коммунальных сточных вод, время одного цикла - 3-8 ч. Исследования проводили при температуре 19-23°С, рН 7-8, концентрации растворенного кислорода во время аэробной стадии 1-2,5 мг/л. Отвод очищенной воды проводился каждый цикл, отвод избыточного активного ила из реактора производился для поддержания возраста активного ила не более 25 сут. Один цикл работы лабораторного реактора состоял из следующих технологических стадий:The reactor had a volume of 17 liters and was equipped with a frame stirrer with a variable speed (2-30 rpm). The height of the reactor was 1.1 m, the diameter was 0.144 m. The material of the reactor was polycarbonate. Fine bubble aeration, controlled by a signal from the controller. Control (fluid flow, mixing, aeration) was carried out through a special program LOGO. The reactor was equipped with a circulation pump for mixing the sludge mixture. During the day, 50-70 liters of municipal wastewater were fed into the reactor, the time of one cycle was 3-8 hours.The studies were carried out at a temperature of 19-23 ° C, pH 7-8, the concentration of dissolved oxygen during the aerobic stage was 1-2.5 mg / l. The removal of purified water was carried out every cycle, the removal of excess activated sludge from the reactor was carried out to maintain the age of the activated sludge no more than 25 days. One cycle of the laboratory reactor operation consisted of the following technological stages:
1) подача сточной воды восходящим потоком в анаэробных условиях через нижнюю часть реактора (20-50% объема реактора), при этом скорость осаждения гранулированного активного ила больше скорости восходящего потока жидкости в вертикальном направлении. На данной стадии происходило вытеснение жидкости из пространства между флоккулами и гранулами активного ила, выделение фосфатов в раствор в анаэробных условиях; 2) аноксидная стадия, перемешивание иловой смеси без барботажа, денитрификация; 3) аэрация, окисление органических веществ, нитрификация, поглощение фосфатов; 4) отстаивание иловой смеси; 5) опорожнение; слив очищенной и отстоянной воды мог осуществляться двумя способами - а) после отстаивания активного ила ниже уровня сливного штуцера на
Подача сточной воды и слив очищенной воды осуществлялась в объеме (как доля от объема реактора), равном частному от деления значения концентрации азота нитратов в очищенной воде на величину концентрации азота аммония в поступающей воде за вычетом азота, включенного в активный ил.Waste water was supplied and purified water was discharged in a volume (as a fraction of the reactor volume) equal to the quotient of dividing the concentration of nitrate nitrogen in the purified water by the concentration of ammonium nitrogen in the incoming water minus nitrogen included in the activated sludge.
Накопительная емкость выполняла роль отстойника и контрольного сооружения - в ней оценивали качество очищенной воды после слива из реактора в конце технологического цикла, а также вынос биомассы для определения возраста активного ила. Технологический процесс был полностью автоматизирован.The storage tank played the role of a settling tank and a control structure - it assessed the quality of purified water after discharge from the reactor at the end of the technological cycle, as well as the removal of biomass to determine the age of activated sludge. The technological process was fully automated.
Продолжительность лабораторных исследований составляла 180 сут.The duration of laboratory studies was 180 days.
В течение эксплуатации реактора циклического действия были оптимизированы различные факторы технологического процесса (продолжительность стадий цикла; концентрации растворенного кислорода в течение аэробной стадии; продолжительность стадий)During the operation of the batch reactor, various process factors were optimized (duration of cycle stages; dissolved oxygen concentration during the aerobic stage; duration of stages)
В ходе проведения эксперимента показатели поступающей и очищенной воды, а также характеристики активного ила контролировалось по методикам:During the experiment, the indicators of the incoming and purified water, as well as the characteristics of the activated sludge, were monitored according to the following methods:
- концентрация взвешенных веществ в поступающей и очищенной воде - гравиметрический метод по ПНДФ 14.1:2. 110-97 [9];- concentration of suspended solids in incoming and treated water - gravimetric method according to PNDF 14.1: 2. 110-97 [9];
- концентрация ХПК в поступающей и очищенной воде - по окислению бихроматом калия в серной кислоте [10];- the concentration of COD in the incoming and purified water - by oxidation with potassium dichromate in sulfuric acid [10];
- концентрация N-NH4 + в поступающей и очищенной воде - фотометрический метод с реактивом Несслера по ПНД Ф 14.1.1-95 [11];- concentration of N-NH 4 + in incoming and purified water - photometric method with Nessler's reagent according to PND F 14.1.1-95 [11];
- концентрация N-NO2 - в очищенной воде - фотометрический метод с реактивом Грисса по ПНД Ф 14.1:2.3-95 [12];- concentration of N-NO 2 - in purified water - photometric method with Griss reagent according to PND F 14.1: 2.3-95 [12];
- концентрация N-NO3 - в очищенной воде - с использованием портативного рефлектометра RQ-flex (Merk) и реакции с N-нафтил-этилендиамином после восстановления до нитрита с салициловой кислотой по ПНД ф 14.1:2.4-95 [13];- concentration of N-NO 3 - in purified water - using a portable reflectometer RQ-flex (Merk) and reaction with N-naphthyl-ethylenediamine after reduction to nitrite with salicylic acid according to PND f 14.1: 2.4-95 [13];
- концентрация растворенного кислорода - с использованием кислородного датчика АКПМ и аналогового преобразователя ТРМ;- concentration of dissolved oxygen - using the AKPM oxygen sensor and the TPM analog converter;
- концентрация Р-PO4 - в поступающей и очищенной воде - фотометрический метод восстановлением аскорбиновой кислотой по реакции с молибдатом аммония и антимонилтартратом калия по ПНД Ф 14.1:2. 112-97 [14];- concentration of Р-PO 4 - in incoming and purified water - photometric method by reduction with ascorbic acid by reaction with ammonium molybdate and potassium antimonyl tartrate according to PND F 14.1: 2. 112-97 [14];
- доза ила - по ПНД ФСБ 14.1.77-96 [15];- sludge dose - according to PND FSB 14.1.77-96 [15];
- иловый индекс [16].- sludge index [16].
Специфические микроскопические исследования по количественной оценке ФАО в биомассе активного ила проводились с помощью комплекса «DIAMORF» с использованием окраски препаратов метиленовым синим.Specific microscopic studies to quantify FAO in activated sludge biomass were carried out using the DIAMORF complex using methylene blue staining of preparations.
Оценка морфологических свойств культивированного активного ила (диаметр, площадь, периметр, количество гранул) проводилась методом микрофотографирования характерных флокул/гранул при увеличении x100 и последующей компьютерной обработкой с применением программного комплекса «DIAMORF».The assessment of the morphological properties of the cultivated activated sludge (diameter, area, perimeter, number of granules) was carried out by microphotography of characteristic floccules / granules at x100 magnification and subsequent computer processing using the DIAMORF software package.
Оценка седиментационных свойств активного ила проводилось в лабораторных цилиндрах объемом 1 л и диаметром 60 мм при разведении иловой смеси до дозы ила 1,5-2 г/л. Скорость седиментации активного ила определялась в период осаждения флокул с постоянной скоростью.The assessment of the sedimentation properties of activated sludge was carried out in laboratory cylinders with a volume of 1 l and a diameter of 60 mm with dilution of the sludge mixture to a sludge dose of 1.5-2 g / l. The sedimentation rate of activated sludge was determined during the period of floccule sedimentation at a constant rate.
Оценка жизнеспособных клеток в биомассе активного ила проводилась с помощью флуоресцентной окраски бактерий LIVE/DEAD® BacLight™ красителями SYTO® 9 и пропидиум иодид.The assessment of viable cells in the activated sludge biomass was carried out using the fluorescent staining of bacteria LIVE / DEAD® BacLight ™ with SYTO® 9 and propidium iodide dyes.
Оценка бактериального состава среза гранулы проводилась следующим образом: суспензию активного ила с содержанием активного ила по сухому веществу 10 г/л фиксировали 2,5% глутаровым альдегидом в кокадилатном буфере 0,05 М рН 7; промывали этим же буфером, помещали в 1% OsO4 в том же буфере; материал помещали в 2% агар-агар; кубики ≈ 1 мм помещали в 30%-ный уранилацетат в 96% этаноле; зафиксированный образец подвергали стандартной процедуре обезвоживания в растворах этанола возрастающей концентрации 50-70-96%; затем обезвоживали в ацетоне; обезвоженный образец заливали в эпоксидную смолу согласно рекомендации производителя (Fluka); после затвердения образец резали на микротоме LKB (Швеция). Образцы среза гранулы просматривались в просвечивающий электронный микроскоп JEM-100C (Jeol, Япония) при напряжении 80 кВ, увеличение 20000 и 27000.Evaluation of the bacterial composition of the granule cut was carried out as follows: a suspension of activated sludge with an activated sludge content on dry matter of 10 g / l was fixed with 2.5% glutaraldehyde in a cocadylate buffer 0.05
В начале эксперимента лабораторный реактор был заполнен смесью осветленной сточной воды и возвратного активного ила из аэротенка Курьяновских очистных сооружений (КОС) АО «Мосводоканал» с дозой активного ила 3-4 г/л и иловым индексом 110-120 мл/г.Показатели состава городской сточной воды, подаваемой на очистку в лабораторный реактор, представлены в таблице 1.At the beginning of the experiment, the laboratory reactor was filled with a mixture of clarified waste water and return activated sludge from the aeration tank of the Kuryanovsk treatment facilities (WWTP) of Mosvodokanal JSC with an activated sludge dose of 3-4 g / l and a sludge index of 110-120 ml / g. waste water supplied for treatment to a laboratory reactor are presented in Table 1.
В конце каждого цикла было установлено кроткое время отстаивания (5-10 минут) для того, чтобы создать направленное селективное давление в сторону формирования быстрооседающего активного ила. При этом частицы, не успевшие осесть за заданное время, вымывались из системы и улавливались во вторичном отстойнике.At the end of each cycle, a short settling time (5-10 minutes) was set in order to create a directed selective pressure towards the formation of a rapidly settling activated sludge. In this case, the particles that did not have time to settle for a given time were washed out of the system and captured in the secondary settling tank.
Было испытано несколько режимов, показатели одного из них, оптимального, представлены в таблице 2.Several modes were tested, the indicators of one of them, the optimal one, are presented in Table 2.
В результате эксплуатации реактора к 180 сут. доза активного ила возросла с 4 г/л до 8-10 г/л, а иловый индекс последовательно снизился с 100-110 мл/г до 40 мл/г (фиг.3). Одновременно снижалась концентрация взвешенных веществ в очищенной воде до 15-45 мг/л (фиг.4). Скорость осаждения активного ила увеличилась с 2 м/ч в начале эксперимента до 10-12 м/ч (для отдельных гранул до 20-25 м/ч) к моменту формирования гранул - т.е. в 6-7 раз выше, чем у активного ила из аэротенков московских очистных сооружений, работающих по технологической схеме удаления биогенных элементов Кейптаунского университета (UCT) и в 2 раза ниже, чем у гранулированного ила, полученного при опытах на синтетической сточной воде иностранными исследователями (25 м/ч). В условиях применения гравитационной селекции, направленной на улучшение седиментационных свойств и увеличения дозы активного ила, окислительная мощность реактора увеличилась по ХПК с 240-450 гХПК/(м3⋅сут) до 750-950 гХПК/(м3⋅сут), а по аммонийному азоту с 70-80 гN-NH4/(м3⋅сут) до 110-120 гN-NH4/(м3⋅сут). Исследование морфологических свойств активного ила в течение всего времени проведения экспериментов показало, что под воздействием гравитационной селекции произошло формирование частично гранулированного аэробного активного ила с диаметром гранул до 1,5 мм. При этом процесс роста гранул в лабораторном реакторе циклического действия был условно разделен на три этапа (фиг.5). Первый этап от 0 до 100 дней характеризовался низким приростом диаметра гранул от 0,2 до 0,5 мм, связанным с активным уносом из реактора легких частиц иловой массы. На втором этапе (100-160 дней) наблюдался активный рост диаметров гранул от 0,5 до 1,3 мм, что объясняется постепенным вымыванием из реактора мелких частиц, а также постепенным увеличением возраста ила, т.е. значительным снижением количества нитчатых микроорганизмов. Начиная со 160-го дня проведения эксперимента визуально фиксировались полноценные гранулы активного ила диаметром 0,5-1,5 мм, отличавшиеся от основной массы ила ровными краями и округлой формой. Далее наблюдалось замедление роста диаметров гранул, что можно объяснить наличием внутри их ядра мертвой массы и активным выделением газообразных продуктов. В результате наличия диффузионного сопротивления на пути этих газов происходит их накопление и образование газообразных пустот, которые уменьшают прочность гранулы и приводят к ее разрушению, а также к уменьшению скорости осаждения и выносу из реактора. На фиг.6 представлена морфология гранул активного ила биореактора на разных этапах культивирования: А - начало эксперимента (увеличение х150); Б - 180 день эксперимента (увеличение х150); В - 180 день эксперимента (увеличение х300); Г - гранула активного ила, окрашенная красителем LIVE/DEAD на 180 день эксперимента (х300) - светлая зеленая область гранулы - живые бактерии, темная - мертвые.As a result of reactor operation by 180 days. the dose of activated sludge increased from 4 g / l to 8-10 g / l, and the sludge index consistently decreased from 100-110 ml / g to 40 ml / g (figure 3). At the same time, the concentration of suspended solids in the purified water decreased to 15-45 mg / l (figure 4). The sedimentation rate of activated sludge increased from 2 m3 / h at the beginning of the experiment to 10-12 m3 / h (for individual granules up to 20-25 m3 / h) by the time the granules were formed, i.e. 6-7 times higher than that of activated sludge from aeration tanks of Moscow wastewater treatment plants operating according to the technological scheme for the removal of nutrients from the University of Cape Town (UCT) and 2 times lower than that of granular sludge obtained during experiments on synthetic waste water by foreign researchers ( 25 m / h). Under the conditions of the use of gravity selection aimed at improving the sedimentation properties and increasing the dose of activated sludge, the oxidizing power of the reactor increased in COD from 240-450 g COD / (m 3 day) to 750-950 g COD / (m 3 day), and ammonium nitrogen from 70-80 gN-NH4 / (m 3 day) to 110-120 gN-NH 4 / (m 3 day). The study of the morphological properties of activated sludge during the entire time of the experiments showed that under the influence of gravitational selection, the formation of partially granular aerobic activated sludge with a granule diameter of up to 1.5 mm occurred. The process of growing granules in a laboratory batch reactor was conventionally divided into three stages (figure 5). The first stage from 0 to 100 days was characterized by a low increase in the diameter of the granules from 0.2 to 0.5 mm, associated with the active entrainment of light particles of the sludge mass from the reactor. At the second stage (100-160 days), an active increase in the diameters of the granules from 0.5 to 1.3 mm was observed, which is explained by the gradual washing out of small particles from the reactor, as well as by the gradual increase in the age of the sludge, i.e. a significant decrease in the number of filamentous microorganisms. Starting from the 160th day of the experiment, full-fledged activated sludge granules with a diameter of 0.5-1.5 mm were visually recorded, which differed from the bulk of the sludge by smooth edges and round shape. Further, a slowdown in the growth of the diameters of the granules was observed, which can be explained by the presence of dead mass inside their core and the active release of gaseous products. As a result of the presence of diffusion resistance in the path of these gases, they accumulate and form gaseous voids, which reduce the strength of the granule and lead to its destruction, as well as to a decrease in the sedimentation rate and removal from the reactor. Figure 6 shows the morphology of granules of activated sludge bioreactor at different stages of cultivation: A - the beginning of the experiment (increase x150); B - 180 days of the experiment (x150 magnification); B - 180 day of the experiment (increase x300); D - activated sludge granule stained with LIVE / DEAD dye on the 180th day of the experiment (х300) - light green area of the granule - live bacteria, dark - dead.
В отличие от исследований зарубежных ученых, проведенных на синтетической сточной воде, в которых достигалась доля гранул в иле до 80%, полученные нами в лабораторных исследованиях гранулы на городских сточных водах занимали к концу эксперимента до 20% по объему от общего количества частиц активного ила.In contrast to the studies of foreign scientists carried out on synthetic waste water, in which the proportion of granules in the sludge was reached up to 80%, the granules obtained by us in laboratory studies on urban waste waters occupied by the end of the experiment up to 20% by volume of the total number of activated sludge particles.
Описанная структура гранулы (инертная и мертвая масса внутри, живая биомасса снаружи) была подтверждена с применением электронного микроскопа с увеличением 20000 раз (фиг.7).The described granule structure (inert and dead mass inside, living biomass outside) was confirmed using an electron microscope with a magnification of 20,000 times (Fig. 7).
В середине гранулы видны отмершие клетки микроорганизмов, видимые как пустые округлые образования и обрывки цитоплазматических мембран, окруженные мелкодисперсными частицами. В наружном слое преобладают живые микроорганизмы, находящиеся в состоянии активного роста (делящиеся, что отчетливо видно по характерным перетяжкам клеток). Клетки формируют микроколонии, группы клеток одного типа. Преобладают клетки коккоидного типа, овальной и округлой формы. Встречаются бациллы, объединенные, как правило, в цепочки. Нитчатых форм не выявлено. У всех бактерий отчетливо видны внутриклеточные структуры, характерные для прокариот - цитоплазматическая мембрана, нуклеоид, клеточная стенка, включения. Большая часть клеток погружена во внеклеточный матрикс. Микроколонии разных видов различаются по содержанию матрикса. На фиг.7 представлена морфология структуры гранул, выращенных в биореакторе: 12 - центральная зона, 0-0.2 мм от центра; 13 - пограничная зона, 0.4-0.5 мм от центра; 14 - периферическая зона, 0.5-0.7 мм от центра.In the middle of the granule, dead cells of microorganisms are visible, visible as empty rounded formations and scraps of cytoplasmic membranes, surrounded by fine particles. The outer layer is dominated by living microorganisms in a state of active growth (dividing, which is clearly seen by the characteristic constrictions of cells). The cells form microcolonies, groups of cells of the same type. The cells of the coccoid type, oval and round, predominate. There are bacilli, usually united in chains. No filamentous forms were found. In all bacteria, intracellular structures characteristic of prokaryotes are clearly visible - the cytoplasmic membrane, nucleoid, cell wall, inclusions. Most of the cells are embedded in the extracellular matrix. Microcolonies of different species differ in the content of the matrix. Figure 7 shows the morphology of the structure of the granules grown in the bioreactor: 12 - central zone, 0-0.2 mm from the center; 13 - border zone, 0.4-0.5 mm from the center; 14 - peripheral zone, 0.5-0.7 mm from the center.
На основании полученных данных структура гранул выглядит следующим образом - на отмершей (внутренней) части растут гетеротрофные и автотрофные микроорганизмы, под которыми располагается детрит, отмершая биомасса активного ила (фиг.8).Based on the data obtained, the structure of the granules looks as follows - heterotrophic and autotrophic microorganisms grow on the dead (inner) part, under which there is detritus, dead biomass of activated sludge (Fig. 8).
В условиях сформированной частично гранулированной биомассы биологическая очистка коммунальных сточных вод происходила до значений, соответствующих нормам предельно допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного назначения.Under the conditions of the formed partially granular biomass, the biological treatment of municipal wastewater proceeded to values corresponding to the norms of maximum permissible concentrations for water bodies for fishery purposes.
Биологическое удаление фосфора на всех этапах проведения эксперимента было реализовано за счет подачи сточной воды через слой активного ила, в результате чего поступающая вода вытесняла межиловую воду с нитратами и растворенным кислородом вверх. При этом делалось возможным функционирование на анаэробной стадии фосфат-аккумулирующих организмов, которые были зафиксированы микроскопически по специфической цветной реакции. На фиг.9 выделены кружком и стрелкой колонии фосфат-аккумулирующих бактерий в активном иле, выращенном в биореакторе.Biological removal of phosphorus at all stages of the experiment was realized by supplying waste water through the activated sludge layer, as a result of which the incoming water displaced the silt water with nitrates and dissolved oxygen upward. This made possible the functioning at the anaerobic stage of phosphate-accumulating organisms, which were recorded microscopically by a specific color reaction. In Fig. 9, the colonies of phosphate-accumulating bacteria in the activated sludge grown in the bioreactor are marked with a circle and an arrow.
Были проведены специальные исследования динамики изменения концентраций нитрата, фосфата и ХПК в межиловом пространстве в фазу подачи сточной воды. Обнаружено, что концентрация нитрата снижается (до 8 раз) за счет его вымывания из жидкой фазы вверх, концентрация фосфатов в межиловом пространстве растет. Существенно, что снижение концентрации нитратов происходит не вследствие разбавления межиловой водой поступающим стоком (такое разбавление обеспечило бы лишь двукратное снижение концентрации), а именно вследствие вытеснения межфлокульной воды. Об этом свидетельствует 8-кратное снижение концентрации нитратов по мере подачи сточной воды и наличие четко выраженного градиента нитратов в толще ила к концу анаэробного периода - двукратное превышение концентрации нитрата в верхнем слое ила по сравнению с придонным слоем (8-кратное снижение).Special studies of the dynamics of changes in the concentrations of nitrate, phosphate and COD in the inter-silt space during the wastewater supply phase were carried out. It was found that the concentration of nitrate decreases (up to 8 times) due to its leaching from the liquid phase upwards, the concentration of phosphates in the inter-silt space increases. It is significant that the decrease in the concentration of nitrates is not due to the dilution of inter-silt water by the incoming runoff (such dilution would provide only a twofold decrease in concentration), namely, due to the displacement of inter-flocculated water. This is evidenced by an 8-fold decrease in the concentration of nitrates with the flow of wastewater and the presence of a clearly pronounced gradient of nitrates in the silt by the end of the anaerobic period - a twofold increase in the concentration of nitrate in the upper sludge layer compared to the bottom layer (8-fold decrease).
При прохождении сточной воды через густой слой ила происходит мгновенная сорбция органических загрязнений - ХПК снижается со 150 мг/л до 40 мг/л.When waste water passes through a thick layer of sludge, an instant sorption of organic contaminants occurs - the COD decreases from 150 mg / l to 40 mg / l.
В этом же биореакторе были проведены исследования с другими сточными водами, различающимися по содержанию основных загрязнителей, влияющих на продолжительность аэробной и аноксидной фаз. В этих опытах был использован ил, сформированный на первом этапе исследования. Эти опыты подробно не описаны. В ходе работы изменяли продолжительность цикла, она варьировала от 4 до 12 ч в зависимости от содержания загрязнителей. Основные параметры представлены в таблице 3. Во всех случаях вода очищалась до ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения.In the same bioreactor, studies were carried out with other wastewaters differing in the content of the main pollutants that affect the duration of the aerobic and anoxide phases. In these experiments, the sludge formed at the first stage of the study was used. These experiments are not described in detail. During the work, the cycle time was changed, it varied from 4 to 12 hours, depending on the content of pollutants. The main parameters are presented in Table 3. In all cases, the water was purified to MPC for fishery reservoirs.
ˆ
Приведенный пример иллюстрирует возможность технической реализации новой технологии и достижения высокого качества очистки сточных вод, ее отличия от аналогичных технологий, запатентованных ранее, по показателям наличия нового периода, анаэробного, и по структуре гранул, формирующихся в реакторе.The given example illustrates the possibility of technical implementation of a new technology and achievement of high quality wastewater treatment, its differences from similar technologies patented earlier, in terms of the presence of a new period, anaerobic, and in the structure of granules formed in the reactor.
Пример 2.Example 2.
На основе полученных результатов была осуществлена проверка новой технологии на полупромышленной установке. Технологическая схема работы полупромышленной установки представлена на фиг.10. Позициями обозначено: 15 - приемный резервуар; 16 - насос; 17 - реактор; 18 - аэратор; 19 - магнитная мешалка; 20 - кислородный датчик; 21 - датчик уровня; 22 - электромагнитный клапан; 23 - накопительная емкость; 24 - циркуляционный насос; 25 - сетевой воздух. Исследования были проведены в полупромышленном реакторе последовательно-циклического действия. Объем реактора составлял 100 л, высота 1,7 м, диаметр 0,27 м.Based on the results obtained, the new technology was tested at a pilot plant. The technological scheme of the pilot plant operation is shown in Fig. 10. Positions indicate: 15 - receiving tank; 16 - pump; 17 - reactor; 18 - aerator; 19 - magnetic stirrer; 20 - oxygen sensor; 21 - level sensor; 22 - electromagnetic valve; 23 - storage capacity; 24 - circulation pump; 25 - network air. The studies were carried out in a semi-industrial reactor of sequential-cyclic action. The volume of the reactor was 100 l, height 1.7 m, diameter 0.27 m.
Один цикл работы полупромышленного реактора состоял из следующих технологических стадий:One cycle of operation of a semi-industrial reactor consisted of the following technological stages:
1) подача сточной воды восходящим потоком в анаэробных условиях через слой ила в нижней части реактора, при котором скорость осаждения гранулированного активного ила больше скорости восходящего потока жидкости в вертикальном направлении. На данной стадии происходило выделение фосфатов в раствор в анаэробных условиях, а также замена жидкой фазы с кислородом и нитратами на исходную воду без кислорода; 2) аноксидное перемешивание иловой смеси, денитрификация; 3) аэрация, окисление органических веществ, нитрификация, поглощение фосфатов; 4) отстаивание иловой смеси; 5) опорожнение. Слив очищенной и отстоянной воды (половина от объема реактора) при использовании бокового штуцера; или через верхний штуцер при одновременной подаче воды снизу; 6) стадия холостого хода. На данной стадии осуществлялась откачка избыточного активного ила из реактора для поддержания возраста активного ила не более 25 сут. или «простаивание» реактора до начала следующего технологического цикла.1) supply of waste water by an ascending flow under anaerobic conditions through a layer of sludge in the lower part of the reactor, at which the sedimentation rate of granular activated sludge is greater than the rate of the ascending liquid flow in the vertical direction. At this stage, phosphates were released into solution under anaerobic conditions, as well as the replacement of the liquid phase with oxygen and nitrates with the initial water without oxygen; 2) anoxic mixing of the sludge mixture, denitrification; 3) aeration, oxidation of organic substances, nitrification, absorption of phosphates; 4) settling the sludge mixture; 5) emptying. Discharge of purified and settled water (half of the reactor volume) using a side nozzle; or through the upper fitting while supplying water from the bottom; 6) stage of idling. At this stage, the excess activated sludge was pumped out of the reactor to maintain the age of the activated sludge no more than 25 days. or "shutdown" of the reactor until the start of the next technological cycle.
В начале эксперимента полупромышленный реактор был заполнен осветленной сточной водой и активным илом Курьяновских очистных сооружений с дозой 3 г/л и иловым индексом 120 мл/г.At the beginning of the experiment, the semi-industrial reactor was filled with clarified waste water and activated sludge from the Kuryanovsk treatment facilities with a dose of 3 g / l and a sludge index of 120 ml / g.
Накопительная емкость выполняла роль «контрольного» сооружения - в ней оценивали качество очищенной воды после слива из реактора в конце технологического цикла, а также вынос биомассы для определения возраста активного ила. Технологический процесс был полностью автоматизирован.The storage tank served as a "control" structure - it assessed the quality of purified water after discharge from the reactor at the end of the technological cycle, as well as the removal of biomass to determine the age of the activated sludge. The technological process was fully automated.
Оптимальное для гранулообразования и эффективной биологической очистки сточной воды время каждой стадии и общего цикла работы реактора было определено по результатам лабораторных исследований и представлено в таблице 4.The optimal time for granulation and effective biological treatment of waste water for each stage and the overall cycle of the reactor was determined based on the results of laboratory studies and is presented in Table 4.
В ходе эксперимента контролировалось качество поступающей и очищенной воды по стандартным методикам, которые идентичны указанным выше.In the course of the experiment, the quality of the incoming and purified water was monitored according to standard methods, which are identical to those indicated above.
Показатели качества городской сточной воды, подаваемой на очистку в полупромышленный реактор циклического действия, а также очищенной сточной воды за все время проведения экспериментов представлены в таблице 5.The indicators of the quality of urban wastewater supplied for treatment to a semi-industrial cyclic reactor, as well as treated wastewater for the entire period of the experiments are presented in Table 5.
За время эксплуатации полупромышленной опытной установки при заданном технологическом режиме с гравитационной селекцией за 100 дней иловый индекс снизился со 120 мл/г до 50-75 мл/г; доза активного ила увеличилась с 3-5 г/л до 7-8 г/л. Одновременно снижалась концентрация взвешенных веществ в очищенной воде до 20-50 мг/л.During the operation of the semi-industrial pilot plant at a given technological regime with gravitational selection, the sludge index decreased from 120 ml / g to 50-75 ml / g in 100 days; the dose of activated sludge increased from 3-5 g / l to 7-8 g / l. At the same time, the concentration of suspended solids in the treated water decreased to 20-50 mg / l.
К 100-му дню проведения эксперимента был визуально зафиксирован укрупненный быстрооседающий частично гранулированный ил, составляющий до 20% от сухого вещества биомассы активного ила (фиг.11) Обозначено на рисунке: А - начало эксперимента (увеличение х100); Б - 100 день эксперимента (увеличение х150); В, Г - Микрофотография гранулы активного ила, окрашенной красителем LIVE/DEAD на 100 день эксперимента (х300): зеленая область - «живые» бактерии в биомассе, красная - «мертвые». Как и при лабораторных исследованиях, анализ полученного активного ила методом световой флуоресцентной микроскопии показал, что гранула представляет собой сферическую биопленку, окружающую биомассу отмерших микроорганизмов активного ила. Данные морфометрии свидетельствуют об увеличении линейных размеров и изменении формы флокул активного ила в реакторе циклического действия в течение всего времени проведения эксперимента (фиг.12). После формирования гранулированной биомассы в реакторе было отмечено стабильное эффективное протекание всех целевых процессов - удаления органических и взвешенных веществ, нитри-денитрификации и биологического удаления фосфора. Данные, представленные в примере 2, свидетельствуют о возможности масштабирования разработанной технологии очистки сточных вод в реакторе типа SBR с гранулированным илом.By the 100th day of the experiment, an enlarged, rapidly settling partially granular sludge was visually recorded, accounting for up to 20% of the dry matter of the activated sludge biomass (Fig. 11). It is indicated in the figure: A - the beginning of the experiment (x100 magnification); B - 100 day of the experiment (x150 magnification); C, D - Micrograph of an activated sludge granule stained with LIVE / DEAD dye on the 100th day of the experiment (x300): green area - "live" bacteria in the biomass, red - "dead". As in laboratory studies, the analysis of the obtained activated sludge by light fluorescence microscopy showed that the granule is a spherical biofilm surrounding the biomass of dead activated sludge microorganisms. Morphometric data indicate an increase in linear dimensions and a change in the shape of activated sludge floccules in a cyclic reactor during the entire time of the experiment (Fig. 12). After the formation of granular biomass in the reactor, a stable efficient course of all target processes was noted - removal of organic and suspended substances, nitri-denitrification and biological removal of phosphorus. The data presented in example 2 indicate the possibility of scaling the developed wastewater treatment technology in the SBR reactor with granular sludge.
Список литературыList of references
1. Хенце М. с соавт., Очистка сточных вод, М.: Мир, 2008. - 471 с1. Henze M. et al., Wastewater Treatment, Moscow: Mir, 2008. - 471 p.
2. Janssen P.M.J., Meinema K., van der Roest H.F. Biological Phosphorus Removal. 2001, IWA Publishing, London, UK, 210 p.2. Janssen P.M.J., Meinema K., van der Roest H.F. Biological Phosphorus Removal. 2001, IWA Publishing, London, UK, 210 p.
3. Sequencing Batch Reactor Technology, Scientific and Technical Report No. 10, International Water Association (IWA), 2001, IWA Publishing, London, UK3. Sequencing Batch Reactor Technology, Scientific and Technical Report No. 10, International Water Association (IWA), 2001, IWA Publishing, London, UK
4. Merkblatt DWA-M 210, Belebungsanlagen mit Aufstaubetrieb (SBR) 2009, Deutsche Vereinigung
5. de Kreuk M.K., Kishida N., van Loosdrecht M.C.M. Aerobic granular sludge - state of the art. Water Science & Technology, 2007, Vol 55 No 8-9 pp 75-815. de Kreuk M.K., Kishida N., van Loosdrecht M.C.M. Aerobic granular sludge - state of the art. Water Science & Technology, 2007, Vol 55 No 8-9 pp 75-81
6 van Loosdrecht M.C.M, de Kreuk M.K. Method for the treatment of waste water with sludge granules. U.S. Pat. No. 2006/0032815 A16 van Loosdrecht M.C.M, de Kreuk M.K. Method for the treatment of waste water with sludge granules. U.S. Pat. No. 2006/0032815 A1
7 Kim Sorensen Sequential process for biologically treating water implementing biomass granules. Pat. No. WO 2012/175489 A17 Kim Sorensen Sequential process for biologically treating water implementing biomass granules. Pat. No. WO 2012/175489 A1
8 Приказ Министерства сельского хозяйства Российской федерации №552 от 13 декабря 2016 г. «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения».8 Order of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation No. 552 dated December 13, 2016 "On approval of water quality standards for water bodies of fishery significance, including standards for maximum permissible concentrations of harmful substances in waters of water bodies of fishery significance."
9. ПНД Ф 14.1:2.110-97. Методика выполнения измерений содержания взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и очищенных сточных вод гравиметрическим методом.9. PND F 14.1: 2.110-97. Methodology for measuring the content of suspended solids and the total content of impurities in samples of natural and treated wastewater by the gravimetric method.
10. ГОСТ Р 52708-2007. Вода. Метод определения химического потребления кислорода.10.GOST R 52708-2007. Water. Method for determination of chemical oxygen demand.
11. ПНД Ф 14.1:2.1-95. Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов аммония в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера (изд. 2004).11. PND F 14.1: 2.1-95. Technique for measuring the mass concentration of ammonium ions in natural and waste waters by the photometric method with Nessler's reagent (ed. 2004).
12. ПНД Ф 14.1:2.3-95. Методика выполнения измерений массовой концентрации нитрит-ионов в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Грисса (изд. 2004).12. PND F 14.1: 2.3-95. Technique for measuring the mass concentration of nitrite ions in natural and waste waters by the photometric method with the Griss reagent (ed. 2004).
13. ПНД Ф 14.1:2.4-95. Методика выполнения измерений массовой концентрации нитрат-ионов в природных и сточных водах фотометрическим методом с салициловой кислотой (изд. 2004).13. PND F 14.1: 2.4-95. Technique for measuring the mass concentration of nitrate ions in natural and waste waters by the photometric method with salicylic acid (ed. 2004).
14. ПНД Ф 14.1:2.112-97. Методика выполнения измерений массовой концентрации фосфат-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод фотометрическим методом восстановлением аскорбиновой кислотой (изд. 2004).14. PND F 14.1: 2.112-97. Methods for measuring the mass concentration of phosphate ions in samples of natural and treated wastewater by photometric reduction with ascorbic acid (ed. 2004).
15. ПНД Ф СБ 14.1.77-96. Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками15. PND F SB 14.1.77-96. Methodological guidelines for hydrobiological and bacteriological control of the biological treatment process at facilities with aeration tanks
16. Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации. Изд. 3-е. Переработанное и дополненное. М: Стройиздат. 1977.16. Technique of technological control of the city sewage treatment facilities. Ed. 3rd. Revised and enlarged. M: Stroyizdat. 1977.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103073A RU2732028C2 (en) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Method of treating waste water from organic matter, nitrogen and phosphorus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103073A RU2732028C2 (en) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Method of treating waste water from organic matter, nitrogen and phosphorus |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019103073A RU2019103073A (en) | 2020-08-05 |
| RU2019103073A3 RU2019103073A3 (en) | 2020-08-05 |
| RU2732028C2 true RU2732028C2 (en) | 2020-09-10 |
Family
ID=71950042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019103073A RU2732028C2 (en) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Method of treating waste water from organic matter, nitrogen and phosphorus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2732028C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2834796C1 (en) * | 2024-12-01 | 2025-02-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОСТЕХ Инновации" | Method for biological treatment of industrial and surface waste water containing carbamide and ammonium nitrogen |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100465851B1 (en) * | 2003-03-31 | 2005-01-15 | 부경대학교 산학협력단 | Removal measure of Circulated Sequencing Batch Reactor with media containing zeolite for organic matters, nitrogen and phosphorus removal in sewage and waste waters |
| EP1542932B1 (en) * | 2002-09-16 | 2008-12-17 | Dhv B.V. | Method for the treatment of waste water with sludge granules |
| US20140224729A1 (en) * | 2011-06-22 | 2014-08-14 | Veolia Water Solutions & Technologies Support | Method for the Sequenced Biological Treatment of Water Implementing Biomass Granules |
| RU2605325C1 (en) * | 2015-10-05 | 2016-12-20 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук (ФИЦ Биотехнологии РАН) | Method of purifying waste water from ammonium and organic substance |
-
2019
- 2019-02-05 RU RU2019103073A patent/RU2732028C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1542932B1 (en) * | 2002-09-16 | 2008-12-17 | Dhv B.V. | Method for the treatment of waste water with sludge granules |
| KR100465851B1 (en) * | 2003-03-31 | 2005-01-15 | 부경대학교 산학협력단 | Removal measure of Circulated Sequencing Batch Reactor with media containing zeolite for organic matters, nitrogen and phosphorus removal in sewage and waste waters |
| US20140224729A1 (en) * | 2011-06-22 | 2014-08-14 | Veolia Water Solutions & Technologies Support | Method for the Sequenced Biological Treatment of Water Implementing Biomass Granules |
| RU2605325C1 (en) * | 2015-10-05 | 2016-12-20 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук (ФИЦ Биотехнологии РАН) | Method of purifying waste water from ammonium and organic substance |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| БОЛЬШОЙ ТОЛКОВЫЙ СЛОВАРЬ РУССКОГО ЯЗЫКА, под ред. Д.Н. Ушакова, Москва, "АСТ", "АСТРЕЛЬ", 2004, с. 1212, колонка 3. * |
| Технологическое задание, "Реконструкция очистных сооружений в пос. Красное с внедрением технологии ГРАИЛ (SBR-peaкторы с гранулированным активным илом)" АО "Мосводоканал", 2017, с. 5-9, рис. 3. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2834796C1 (en) * | 2024-12-01 | 2025-02-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОСТЕХ Инновации" | Method for biological treatment of industrial and surface waste water containing carbamide and ammonium nitrogen |
| RU2848810C1 (en) * | 2025-07-02 | 2025-10-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр "ЭКОСТЕХ" | Method for biological purification of wastewater from phenols by biocenosis immobilised on authentic load of yersh |
| RU2848709C1 (en) * | 2025-07-23 | 2025-10-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр "ЭКОСТЕХ" | Method for resource-saving processing of sewage sludge including fat-containing waste, by means of mechanical-thermal dewatering with heat energy recycling |
| RU2848815C1 (en) * | 2025-07-25 | 2025-10-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр "ЭКОСТЕХ" | Method for cleaning and disposing of wastewater from sugar factories |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2019103073A (en) | 2020-08-05 |
| RU2019103073A3 (en) | 2020-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12221369B2 (en) | Method and apparatus for nutrient removal using anoxic biofilms | |
| Tawfik et al. | Sewage treatment in a combined up-flow anaerobic sludge blanket (UASB)–down-flow hanging sponge (DHS) system | |
| US6926830B2 (en) | Combined activated sludge-biofilm sequencing batch reactor and process | |
| US6811700B2 (en) | Integrated hydroponic and fixed-film wastewater treatment systems and associated methods | |
| US8216472B2 (en) | Biological nitrogen removal | |
| CN102838260A (en) | Industrial sewage treatment system and sewage treatment method | |
| Tawfik et al. | Optimization of the performance of an integrated anaerobic–aerobic system for domestic wastewater treatment | |
| Wei et al. | Sludge reduction with a novel combined worm-reactor | |
| El-Bestawy et al. | Comparison between biological and chemical treatment of wastewater containing nitrogen and phosphorus | |
| KR101023479B1 (en) | Continuous batch aerobic denitrification method and apparatus for sewage, wastewater and livestock wastewater treatment plant using micro sand biocarriers and chemicals | |
| Comett-Ambriz et al. | Comparison of the performance of MBBR and SBR systems for the treatment of anaerobic reactor biowaste effluent | |
| Sowinska et al. | Suspended and immobilized biomass in individual wastewater treatment systems SBR and SBBR | |
| RU2732028C2 (en) | Method of treating waste water from organic matter, nitrogen and phosphorus | |
| PL184833B1 (en) | Single-compartment sewage treatment plant | |
| JP4811702B2 (en) | Anaerobic ammonia oxidation method and wastewater treatment method | |
| CN209602314U (en) | A kind of sewage-treatment plant with improvement Biodegradability of Wastewater | |
| WO2021165980A1 (en) | A multi-zone attached growth batch bio-reactor & method of biological treatment of domestic wastewater | |
| Yerushalmi et al. | Performance evaluation of the BioCAST technology: a new multi-zone wastewater treatment system | |
| CN221117238U (en) | Sewage treatment equipment | |
| Lavrova et al. | Polishing of aerobically treated wastewater in a constructed wetland system | |
| CN101597122A (en) | Deep treatment and reuse method for petroleum and petrochemical wastewater | |
| Mahmoudkhani et al. | Study on Anaerobic Landfill Leachate Treatability by Membrane Bioreactor | |
| CN209602313U (en) | A kind of sewage-treatment plant having both Aerobic biological process | |
| Abdulgader et al. | Biological treatment of dairy wastewater by a sequencing batch flexible fibre biofilm reactor | |
| Cheng et al. | Comparison of treatment capacities of swim-bed and activated sludge processes for domestic wastewater |