CS257010B1

CS257010B1 - Způsob odstraňování amoniaku z odpadních vod, pocházejících zejména z chemického zpracování ropy a uhlí

Info

Publication number: CS257010B1
Application number: CS863516A
Authority: CS
Inventors: Lubos Jindrich; Zdenek Karasek; Josef Drazsky; Jindrich Tomek
Original assignee: Lubos Jindrich; Zdenek Karasek; Josef Drazsky; Jindrich Tomek
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS351686A1

Abstract

Způsob odstraňování amoniaku z odpadních vod, pocházejících zejména z chemického zpracování ropy a/nebo uhlí, spočívá v tom, že předčištěná odpadní voda se uvádí do aktivační nádrže, v níž jsou vytvořeny do série zařazené denitrifikační a nitrifikační zóny nejméně dvakrát po sobě, z každé nitrifikační zóny se recirkuluje aktivační směs do předcházající denitrifikační zóny, odsazená biomasa se recirkuluje do první predenitrifikační zóny, kam se dále recirkuluje aktivační směs z první nitrifikační zóny a přidává odpadní voda se snadno biologicky využitelným substrátem o koncentraci BSK5 5 až 100 kg.m3 a předčištěná odpadní voda se zavádí do nitrifikačních zón, přičemž 5 až 50 % přítoku se přivádí do poslední nitrifikační zóny při úplně probíhající nitrifikaci, přičemž tento podíl přítoku se řídí podle přípustné koncentrace oxidových forem dusíku v odtoku, podle intenzity vnitřní recirkulace z poslední nitrifikační zóny do předcházející denitrifikační, podle recirkulačního poměru vratného toku a podle koncentrace amoniaku v přítoku.

Description

Vynález se týká biologického odstraňování amoniaku z odpadních vod, pocházejících zejména z chemického zpracování ropy a uhlí, kombinací asimilačních, nitrifikačních a denitrifikačních procesů.

Při chemickém zpracování ropy a uhlí vznikají v dílcích zpracovatelských procesech opadni vody s obsahem amoniaku překračujícím o několik řádů povolené koncentrace pro vypuštění odpadních vod do recipientu. Amoniak z těchto odpadních vod se obvykle odstraňuje destilačními postupy s následným zpracováním získaného plynného amoniaku na kapalný produkt nebo využitím získané koncentrované čpavkové vody pro výrobu zemědělských hnojiv, případně přímé hnojení.

Tento způsob odstraňování amoniaku z odpadních vod je náročný na provozní zařízení představující značné investiční náklady a vzhledem k provozním nákladům je vhodný převážně pro odpadní vody s vysokým obsahem amoniaku. I zde mohou nastávat komplikace, neboť získaný produkt bývá kontaminován organickými látkami ztěžujícími až znemožňujícími jeho další využití. Další nevýhodou destilačního odstraňování amoniaku jsou relativně vysoké zbytkové 1 2 —1 koncentrace amoniaku ve zpracované odpadní vodě, dosahující řádově 10 až 10 mg.l , nepoužije-li se draslické alkalizace destilační směsi.

Použitá alkalizace však vyžaduje následnou neutralizaci odpadních vod před dalším zpracováním, případně vypuštěním, což dále komplikuje situaci a zvyšuje provozní náklady, a navíc nepříznivě zvyšuje solnost odtoku do recipientu.

Použití ionexů pro odstraňování amoniaku z odpadních vod pocházejících zejména z chemického zpracování ropy a uhlí naráží na problematiku odolnosti měničů iontů k přítomným organickým látkám a dále na problematiku zpracování koncentrátů amoniakálních solí.

Investiční náklady na vybudování potřebného zařízení obvykle představují značnou částku. Aplikace procesu srážení amoniaku z odpadních vod na nerozpustný fosforečnan hořečnato-amonný s následným využitím sraženiny jako hnojivá bývá opět komplikováno kombinací sraženiny organickými, zejména páchnoucími látkami znemožňujícími její zemědělské využití.

Dosud publikované biologické způsoby odstraňování amoniaku z odpadních vod pocházejících zejména z chemického zpracování ropy a/nebo uhlí, využívají kombinace asimilačních, nitrifikačních a denitrifikačních procesů řazených obvykle tak, že jako první čisticí stupal bývá zařezeno běžné aktivační čištění umožňující odstranění látek ohrožujících nitrifikaci, a jako další stupeň bývají v různém pořadí řazeny nitrifikační a denitrifikační stupně a to bud v uspořádání s jedním biologickým kalem, nebo s více samostatnými kaly.

Vícekalová uspořádání umožňují optimalizovat podmínky v jednotlivých stupních, avšak vyžadují samostatné reakční a dosazovací nádrže osazené čerpací technikou umožňující recirkulaci biologických kalů. Dále jsou vícekalové systémy náročné na potřebné neutralizační chemikálie pro nitrifikaci a snadno asimilovatelný substrát pro denitrifikaci. Jednokalové systémy biologického odstraňování amoniaku z odpadních vod mají společnou dosazovací nádrž, nitrifikační a denitrifikační zóny bývají obvykle realizovány rozdělením reakční nádrže přepážkami. Řazení zón v pořadí denitrifikační, nitrifikační s přítokem odpadních vod do denitrifikace, umožňuje při recirkulaci vratného kalu a odtoku z nitrifikace do denitrifikace využívat zbytky přirozeného znečištění odpadních vod jako substrátu pro denitrifikaci.

Tento způsob vyžaduje pro udržení přijatelné koncentrace dusičnanů na odtoku z čistírny vysokou recirkulaci mezi nitrifikační a denitrifikační zónou, což zvyšuje nároky na energii a způsobuje vysoké hydraulické zatížení dílčích procesů. Dále po obvykle nezbytném předčištění odpadních vod pocházejících zejména z chemického zpracování ropy a uhlí nestačí zbytky org. substrátu přítomné v odpadní vodě krýt potřebu denitrifikačního procesu a je nutné dávkovat přídavný substrát.

Řazení zón V pořadí nitrifikační, denitrifikační s následnou krátkou aerací pro

Odstranění mikrobublinek sodíku má vysoké nároky na alkalizační činidlo pro proces nitrifikace a je nezbytný přídavný substrát pro denitrifikaci.

Při biologickém odstraňování amoniaku z odpadních vod pocházejících zejména z chemického zpracování ropy nebo uhlí, po nezbytném biologickém předčištění, tzv. Barnardovým procesem, je nezbytné do tzv. predenitrifikační zóny dávkovat přídavný substrát. Při koncentracích amoniaku obvyklých v těchto odpadních vodách je zpravidla nutné dávkovat přídavný substrát i do druhé, dříve tzv. endogenní, denitrifikační zóny pro zajištění přípustné koncentrace dusičnanů na odtoku z čistírny. Vysoký recirkulační poměr užívaný v Barnadrově procesu pro tzv. vnitřní recykl zvyšuje hydraulické zatíření predenitrifikační a nitrifikační zóny a zvyšuje nárok na energii, a jeho snížení znamená zvýšení nákladů na nezbytná alkalizační činidla pro proces nitrifikace.

Výše uvedené problémy snižuje způsob odstraňování amoniaku z odpadních vod, pocházejících zejména 2 chemického zpracování ropy a/nebo uhlí, který podle vynálezu spočívá __ o vtom, že biologicky předčištěné odpadní vody s obsahem amoniaku 0,05 až 0,3 kg.m , obvykle 0,07 až 0,14 kg.m , se přivádějí do aktivační nádrže, v níž jsou vytvořeny kyslíkovým režimem a konstrukčním uspořádáním střídavě v sérii zapojené denitrifikační a nitrifikační zóny nejméně dvakrát po sobě, z každé nitrifikační zóny se aktivační směs recirkuluje do předcházející denitrifikační zóny v rozsahu 20 až 300 %, výhodně 40 až 100 % přítoku, odsazená biomasa z odsazovací nádrže se recirkuluje s recirkulačním poměrem 20 až 200 %, výhodně 40 až 100 % přítoku do predenitrifikační zóny, kam se dále recirkuluje aktivační směs z první nitrifikační zóny a kam se tak jako do ostatních denitrifikačních zón přivádí proud s vysokou koncentrací snadno biologicky využitelného substrátu o koncentraci BSK[- 5 až

-3 -3 $

100 kg.m , výhodně 30 až 60 kg.m , oddělený v procesu chemického zpracování ropy a/nebo uhlí, například proud odpadní vody z výroby etanolu, metanolu, výhodně z výroby oxoalkoholů a z vlastní biologicky předčištěné odpadní vody se amoniak odstraňuje tak, že 5 až 50 %, výhodně 10 až 30 % přítoku se přivádí do poslední nitrifikační zóny, zbytek do ostatních nitrifikačních zón, přičemž podíl přítoku odpadní vody do poslední nitrifikační zóny se řídí při úplně probíhající nitrifikaci a denitrifikaci podle nejvyšší přípustné koncentrace oxidovaných forem dusíku na odtoku, podle intenzity vnitřní recirkulace v posledních dvou zónách, podle recirkulačního poměru dosaženého aktivovaného toku k přítoku a podle koncentrace amoniaku v přiváděné odpadní vodě. Tento podíl lze také vyjádřit vztahem. '

Qv C, Q, = 7 ^{(1 + R}k ^{+ r}d>< ^kde ČT O o o je poměr přítoku do posledního nitrifikačního stupně k celkovému přítoku odpadních vod, ^ck č

o je poměr koncentrace N-NO-j v posledním nitrifikačním stupni ke koncentraci N-NH^ +N-NÓ^ v přítoku,

R^ je recirkulační poměr z poslední nitrifikační do předcházející denitrifikační zóny, R^ je recirkulační poměr vratného toku.

Současně s probíhající nitrifikací a denitrifikací probíhá asimilace organického znečištění a dochází tak i k biologickému dočištění odpadních vod.

Uvedený způsob odstraňování amoniaku z odpadních vod pocházejících zejména z chemického zpracování ropy a/nebo uhlí je výhodný tím, že predenitrifikační zóna není hydraulicky přetěžována celkovým přítokem odpadních vod, denitrifikace v ní probíhá při vyšší koncentraci biomasy a tedy s vyšší objemovou intenzitou, což umožňuje snížit reakční objem této zóny, případně stávající objem využít vyšší recirkulaci aktivační směsi z následné nitrifikační zóny pro vyšší odstranění oxidových forem dusíku a tím vhodnou úpravu poměrů potřeby alkality v procesu nebo při zachováni recirkulačního poměru využít rezervy ve výkonu pro zvýšení provozní jistoty.

Přívod části odpadní vody s obsahem amoniaku do poslední nitrifikační zóny a regulace tohoto množství podle dříve uvedených pravidel nebo vztahu ^Qk ^CK % ⁼ ί ^{(1 + R}K ^{+ R}D>

umožňuje odstraňovat amoniak z odpadních vod při dodržení závazných koncentračních limitů bez nároků na část alkalizačních činidel, které by bylo nutné použít pro podíl vod dávkovaných do posledního stupně čištění, neboř potřeba alkality v posledním nitrifikaČním stupni je hrazena přebytkem alkality z předchozích denitrifikačních a nitrifikačních stupnňů.

Způsob podle vynálezu je osvětlen na následujících příkladech.

Příklad 1

Z předčištěných odpadních vod pocházejících z chemického zpracování ropy a uhlí o pH - 7,8 a koncentraci CHSK = 0,250 kg.m ³, BSK^ = 0,1 kg.m ³ a N-NH^ = 0,1 kg.m ³ byl odstraňován amoniak na experimentálním zařízení kombinovaným způsobem nitrifikace, denitrifikace, kde byly postupně řazeny tyto zóny: predenitrifikační nitrifikační, denitrifikační a aerační pro odstranění mikrobublinek dusíku a asimilaci přebytečného substrátu z denitrifikační zóny.

Aktivační směs byla recirkulována z nitrifikační do predenitrifikační zóny, tam byl rovněž recirkulován vratný kal z dosazovací nádrže a přiváděna výše uvedená odpadní voda. Pro nedostatek organického substrátu v odpadní vodě byl do predenitrifikační a denitrifikač_3 ní zóny přiváděn proud odpadni vody z výroby oxoalkoholu o koncentraci BSK₅ = 30 kg.m tak, že byl zajištěn 1,2 až 1,5 násobný přebytek BSK^ vzhledem ke kyslíku přivedeném do zóny ve formě oxidovaných forem dusíku. Celková doba zdržení odpadní vody v zařízení byla 13,2 hodiny, _3 průměrná koncentrace sušiny aktivovaného kalu 2,5 kg.m ·, koncentrace rozpuštěného

C>2 v nitrifikaci a v aerační zóně 2,5 až 3 mg.l \

Recirkulační poměr z nitrifikační zóny do predenitrifikace byl R = 0,5 a byl vynucen jak nutnou dobou zdržení v predenitrifikační nádrži, tak kapacitou dopravní cesty recirkulátu. Recirkulační poměr vratného kalu byl R - 0,42 a byl omezen kapacitou čerpadla vratného kalu. V uvedeném uspořádání se projevovaly potíže s predenitrifikační zónou, neboř vzhledem k dosažitelné intenzitě denitrifikačního procesu a době zdržení v této zóně docházelo k neúplnému odstraňování dusičnanů a zónu vzhledem ke geometrickému uspořádání nádrže nebylo možno rozšířit. Systém dosahoval těchto výsledků: BSK- odtoku _□ + -3 _3 ·>

0,02 kg.m , N-NH. v odtoku 0,005 kg.m , N-NO^ v odtoku 0,002 kg.m při spotrebe hydroxidu ⁴ . -1 sodného pro udržení pH v nitrifikaci 5,1 k mol.h

Přiklad 2

Ze stejné odpadní vody byl odstraňován amoniak systémem, kde byly řazeny zóny: predenitrifikační, 1. nitrifikační, denitrifikační a 2. nitrifikační a odpadní voda byla zaváděna přímo do nitrifikačních stupňů ve vypočítaném poměru. Recirkulace aktivační směsi byla prováděna z 1. nitrifikační do predenitrifikační a z 2. nitrifikační do denitrifikační v poměru R = 0,5. Recirkulace vratného toku byla'prováděna v poměru R = 0,42.

Bilancováním systému byla vypočítána přípustná dávka odpadních vod do 2. nitrifikačního stupně, která byla stanovena tak, aby koncentrace NO^ na odtoku ze zařízení byla 45 mg.l což je o 5 mg.l ¹ nižší mez než připouští zákonné předpisy pro ostatní toky. Výpočtem

Získaná hodnota připouštěla dávku 19 % přítoku do 2. nitrifikačního stupně.

Všechny zde neuvedené technologické parametry byly shodné s předešlým způsobem čištění.

Snížením hydraulického zatížení predenitrifikační zóny zavedením odpadních vod s obsahem amoniaku přímo do nitrifikační zóny bylo dosaženo stabilizace účinku predenitrifikace a úplného odstraňování dusičnanů v této zóně bez dalších nároků. Nový systém dosahoval shodných výsledků v odstranění organického znečištění jako předešlý systém, koncentrace dusičnanů na odtoku byla 45 mg.l a spotřeba hydroxidu sodného poklesla z 5,1 k mol.h^-^ na 4,0 k mol.h tj. o 21,5 %.

Příklad 3

Ze stejné odpadní vody byl odstraňován amoniak způsobem uvedeným v příkladě 2 s tím rozdílem, že uvolněné kapacity predenitrifikační zóny oproti příkladu 1 bylo využito zvýšením recyklu z 1. nitrifikační zóny do predenitrifikace na úroveň R = 1. Ostatní technologické parametry zůstaly beze změny. Při tom způsobu odstraňování amoniaku bylo dosaženo shodných výsledků v odstranění organického a amoniakálního znečištění, koncentrace dusičnanů na odtoku zůstala na úrovni 45 mg.l při poklesu spotřeby hydroxidu sodného na neutralizaci na 3,14 k mol.h ^A, což oproti příkladu 1 představuje úsporu 38 %.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Způsob odstraňování amoniaku z odpadních vod pocházejících zejména z chemického zpracování ropy a/nebo uhlí vyznačený tím, že předčištěná odpadní voda s obsahem amoniaku 0,05 až 0,3 kg.m ³, obvykle 0,07 až 0,14 kg.m ³, se přivádí do aktivační nádrže_?v níž jsou kyslíkovým režimem a konstrukčním uspořádáním vytvořeny do série zařazené denitrifikační a nitrifikační zóny nejméně dvakrát po sobě, z každé nitrifikační zóny se aktivační směs recirkuluje do přecházející denitrifikační zóny v množství 20 až 300 %, výhodně 40 až 100 % přítoku, odsazená biomasa se z dosazovací nádrže recirkuluje v množství 20 až 200 %, výhodně 40 až 100 % přítoku do první predenitrifikační zóny, kam se dále recirkuluje aktivační směs z první nitrifikační zóny a kam se tak jako do ostatních denitrifikačních zón přivádí proud odpadní vody s vysokou koncentrací snadno biologicky využitelného -3 -3 substrátu o koncentraci BSK,. 5 až 100 kg.m , výhodně 30 az 60 kg.m , oddělený v procesu chemického zpracování ropy a/nebo uhlí a z vlastní biologicky předčištěné odpadní vody se amoniak odstraňujg tak, že odpadní voda se zavádí do nitrifikačních zón, přičemž 5 až 50 %, výhodně 10 až 30 % přítoku se přivádí do poslední nitrifikační zóny a tento podíl přítoku se řídí při úplně probíhající nitrifikaci a denitrifikaci podle přípustné koncentrace oxidovaných forem dusíku v odtoku, podle intenzity vnitřní recirkulace z poslední nitrifikační zóny do předcházející denitrifikační, podle recirkulačního poměru vratného toku a podle koncentrace amoniaku v přítoku.