EA043420B1

EA043420B1 - TWO-STAGE WASTEWATER TREATMENT SYSTEM USING ANOXIDE-AEROBIC BIOFILM WITH ADJUSTABLE REACTION ZONES

Info

Publication number: EA043420B1
Application number: EA202192196
Authority: EA
Inventors: Сюэцзюнь Би; Сяолинь Чжоу; Син ФАНЬ; Сяодун Ван; Шаньшань Чэнь
Original assignee: Циндао Юниверсити оф Текнолоджи
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2023-05-24

Description

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к системе для очистки сточных вод посредством аноксидноаэробных биопленок и относится к области техники очистки сточных вод.The present invention relates to a system for treating wastewater using anoxic aerobic biofilms and relates to the field of wastewater treatment technology.

Уровень техникиState of the art

Традиционный А²/О процесс, в котором в основном используется активный ил и процесс его деформации, вряд ли сможет удовлетворить все более строгие требования стандартов сброса очищенных сточных вод на станциях очистки сточных вод (WWTP). Традиционный процесс удаления азота сталкивается с еще более серьезными проблемами в аспектах показателей качества воды, связанных с азотными элементами. Чтобы улучшить эффективность удаления азота из городских сточных вод, традиционная система активного ила, в которой используются одноступенчатые или многоступенчатые аноксидноаэробные (А/О) процессы, требует гораздо большего возраста ила и теоретического времени гидравлического удержания для обеспечения величины биомассы удаления азота в активном иле, который в то же время требует более высокого уровня растворенного кислорода за счет увеличения потока воздуха для поддержания активности нитробактерий. Поэтому обычно необходимы более крупные биохимические реакторы, хотя они требуют больших капиталовложений на общестроительные работы. Более того, эксплуатационные расходы с точки зрения энергопотребления высоки, поскольку в резервуар аэрации необходимо транспортировать большее количество воздуха, что противоречит действиям по экологической безопасности производства и экологической жизни.The traditional A ² /O process, which mainly uses activated sludge and its deformation process, is unlikely to meet the increasingly stringent requirements of treated wastewater treatment plant (WWTP) discharge standards. The traditional nitrogen removal process faces even greater challenges in the nitrogen-related aspects of water quality performance. To improve the efficiency of nitrogen removal from municipal wastewater, a traditional activated sludge system that uses single-stage or multi-stage anoxic-aerobic (A/O) processes requires much greater sludge age and theoretical hydraulic retention time to achieve the amount of biomass nitrogen removal in activated sludge that at the same time requires higher levels of dissolved oxygen by increasing air flow to support nitrobacteria activity. Therefore, larger biochemical reactors are usually needed, although they require large capital investments for civil works. Moreover, the operating costs in terms of energy consumption are high because more air needs to be transported into the aeration tank, which is contrary to the actions of environmentally friendly production and ecological life.

Система активного ила с одноступенчатыми или многоступенчатыми А/О процессами будет подвергать активный ил воздействию аноксидно-аэробной среды поочередно, что не подходит для культивирования бактерий с определенными функциями. Кроме того, эффективность нитрификации традиционной одно- или многоступенчатой системы активного ила ограничена при низкой температуре, которая также является узким местом для применения традиционной системы активного ила. Поэтому срочно необходима эффективная технология биологического удаления азота из городских сточных вод, способная удовлетворить требования более высокого качества воды.An activated sludge system with single-stage or multi-stage A/O processes will expose the activated sludge to an anoxic-aerobic environment alternately, which is not suitable for culturing bacteria with specific functions. In addition, the nitrification efficiency of traditional single or multi-stage activated sludge system is limited at low temperature, which is also the bottleneck for the application of traditional activated sludge system. Therefore, an efficient technology for biological nitrogen removal from municipal wastewater that can meet the demands of higher water quality is urgently needed.

Поэтому срочно необходима экономичная и эффективная технология очистки путем биологического удаления азота для городских сточных вод.Therefore, a cost-effective and efficient treatment technology by biological nitrogen removal for municipal wastewater is urgently needed.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Для соответствия требованиям технологии эффективного удаления азота для очистки городских сточных вод и повышения экономической эффективности очистки сточных вод настоящее изобретение предоставляет двухступенчатую систему очистки сточных вод с помощью аноксидно-аэробных биопленок с регулируемыми зонами реакции. Путем осуществления автоматических управления и регулировки в отношении областей реакции и рабочих условий, экономическая эффективность очистки сточных вод в разные сезоны может быть максимизирована.To meet the requirements of efficient nitrogen removal technology for municipal wastewater treatment and improve the economic efficiency of wastewater treatment, the present invention provides a two-stage anoxic-aerobic biofilm wastewater treatment system with controlled reaction zones. By implementing automatic control and adjustment regarding reaction areas and operating conditions, the economic efficiency of wastewater treatment in different seasons can be maximized.

В двухступенчатой системе очистки сточных вод с помощью аноксидно-аэробных биопленок с регулируемыми зонами реакции согласно настоящему изобретению применено следующее техническое решение.In a two-stage wastewater treatment system using anoxic-aerobic biofilms with controlled reaction zones according to the present invention, the following technical solution is used.

Система содержит А/О блок первой ступени и А/О блок второй ступени, которые последовательно соединены. А/О блок первой ступени содержит первый аноксидный реактор, второй аноксидноаэробный реактор, третий аэробный реактор, четвертый аэробный реактор и пятый аэробный реактор, которые последовательно соединены. А/О блок второй ступени содержит шестой аноксидный реактор, седьмой аноксидный реактор и восьмой аэробный реактор, которые последовательно соединены. Каждый из реакторов заполнен взвешенными носителями биопленок. Перемешивающее устройство размещено в каждом из первого аноксидного реактора, шестого аноксидного реактора, седьмого аноксидного реактора и второго аноксидно-аэробного реактора. Аэрационное устройство размещено в каждом из третьего аэробного реактора, четвертого аэробного реактора, пятого аэробного реактора, восьмого аэробного реактора и второго аноксидно-аэробного реактора.The system contains an A/O block of the first stage and an A/O block of the second stage, which are connected in series. The A/O block of the first stage contains a first anoxic reactor, a second anoxic-aerobic reactor, a third aerobic reactor, a fourth aerobic reactor and a fifth aerobic reactor, which are connected in series. The A/O block of the second stage contains a sixth anoxic reactor, a seventh anoxic reactor and an eighth aerobic reactor, which are connected in series. Each of the reactors is filled with suspended biofilm carriers. A stirring device is located in each of the first anoxic reactor, the sixth anoxic reactor, the seventh anoxic reactor and the second anoxic-aerobic reactor. An aeration device is located in each of the third aerobic reactor, the fourth aerobic reactor, the fifth aerobic reactor, the eighth aerobic reactor and the second anoxic-aerobic reactor.

Значения степени заполнения взвешенными носителями биопленок являются следующими: степень заполнения в каждом из первого аноксидного реактора, шестого аноксидного реактора и седьмого аноксидного реактора не превышает 45%, степень заполнения в каждом из второго аноксидно-аэробного реактора и пятого аэробного реактора не превышает 40%, и степень заполнения в каждом из третьего аэробного реактора, четвертого аэробного реактора и восьмого аэробного реактора не превышает 55%.The fill rates of suspended biofilm carriers are as follows: the fill rates in each of the first anoxic reactor, the sixth anoxic reactor, and the seventh anoxic reactor do not exceed 45%, the fill rates in each of the second anoxic-aerobic reactor and the fifth aerobic reactor do not exceed 40%, and the filling degree in each of the third aerobic reactor, the fourth aerobic reactor and the eighth aerobic reactor does not exceed 55%.

Перемешивающее устройство представляет собой спиральную или гиперболоидную мешалку, причем потребляемая мощность при перемешивании составляет не менее 25 Вт/м³.The mixing device is a spiral or hyperboloid mixer, and the power consumption during mixing is at least 25 W/m ³ .

В аэрационном устройстве применена перфорированная труба, размещенная на одной стороне для аэрации, и аэрационный расход в просвете каждого из аэрационных отверстий на перфорированной трубе составляет 1,60-1,75 м³/ч.The aeration device uses a perforated pipe placed on one side for aeration, and the aeration flow rate in the lumen of each of the aeration holes on the perforated pipe is 1.60-1.75 m ³ /h.

Задерживающая сетка для взвешенных носителей биопленок выходящего потока размещена в каждом из реакторов, максимальная скорость потока при фильтрации задерживающей сетки не превышает 60 м/ч, живое сечение задерживающей сетки не превышает 60%, и размер ячейки задерживающей сетки составляет 60% диаметра взвешенных носителей биопленок.A retention mesh for suspended biofilm carriers of the effluent stream is placed in each of the reactors, the maximum flow rate when filtering the retention mesh does not exceed 60 m/h, the live cross-section of the retention mesh does not exceed 60%, and the mesh size of the retention mesh is 60% of the diameter of the suspended biofilm carriers.

Конец для входящего потока А/О блока первой ступени оборудован прибором для анализа скоростиThe incoming end of the first stage A/O block is equipped with a speed analyzer

- 1 043420 потока в режиме реального времени и прибором для анализа ХПК (химического потребления кислорода) в режиме реального времени; выпускной конец первого аноксидного реактора оборудован прибором для анализа нитратного азота в режиме реального времени; и выпускной конец пятого аэробного реактора оборудован прибором для анализа аммиачного азота в режиме реального времени, прибором для анализа нитратного азота в режиме реального времени и прибором для анализа растворенного кислорода в режиме реального времени.- 1 043420 real-time flow and real-time COD (chemical oxygen demand) analysis device; the outlet end of the first anoxide reactor is equipped with an instrument for real-time nitrate nitrogen analysis; and the outlet end of the fifth aerobic reactor is equipped with a real-time ammonia nitrogen analyzer, a real-time nitrate nitrogen analyzer, and a real-time dissolved oxygen analyzer.

Управление и регулировка в отношении второго аноксидно-аэробного реактора осуществляются согласно следующему процессу:The control and regulation regarding the second anoxic-aerobic reactor is carried out according to the following process:

в состоянии, в котором запущено перемешивание и остановлена аэрация, второй аноксидноаэробный реактор используется как аноксидный реактор денитрификации для удаления азота путем денитрификации; когда концентрация нитратного азота в отходящей воде первого аноксидного реактора меньше заданного значения C₁ или равняется ему, и время обслуживания превышает заданное значение Ti, второй аноксидно-аэробный реактор автоматически останавливает перемешивание, и запускает аэрацию, и переключается из аноксидного состояния в аэробное состояние, и второй аноксидно-аэробный реактор используется как аэробный реактор для обеспечения деградации органических веществ; и, когда концентрация нитратного азота в отходящей воде первого аноксидного реактора превышает заданное значение C1, и время обслуживания превышает заданное значение Т₂, второй аноксидно-аэробный реактор останавливает аэрацию, и запускает перемешивание, и переключается из аэробного состояния в аноксидное состояние.in the state where stirring is started and aeration is stopped, the second anoxic aerobic reactor is used as an anoxic denitrification reactor for removing nitrogen by denitrification; when the nitrate nitrogen concentration in the effluent water of the first anoxic reactor is less than or equal to the set value C ₁ and the maintenance time exceeds the set value Ti, the second anoxic-aerobic reactor automatically stops mixing, and starts aeration, and switches from the anoxic state to the aerobic state, and the second anoxic-aerobic reactor is used as an aerobic reactor to ensure the degradation of organic substances; and, when the concentration of nitrate nitrogen in the effluent water of the first anoxic reactor exceeds the set value C1, and the service time exceeds the set value _T2 , the second anoxic-aerobic reactor stops aeration, and starts mixing, and switches from the aerobic state to the anoxic state.

Пятый аэробный реактор подвергается регулировке аэрации согласно следующему процессу:The fifth aerobic reactor undergoes aeration adjustment according to the following process:

когда концентрация аммиачного азота на выпускном конце пятого аэробного реактора превышает заданное значение С₂ или равняется ему, аэрационный расход повышается до тех пор, пока уровень растворенного кислорода не достигнет 6-8 мг/л и не останется в этом диапазоне; и, когда концентрация аммиачного азота на выпускном конце пятого аэробного реактора меньше заданного значения С₃ (С₃<С₂) или равняется ему, аэрационный расход постепенно снижается до тех пор, пока концентрация аммиачного азота в отходящей воде не станет выше заданного значения С₃, но ниже заданного значения С₂, и управление минимальным аэрационным расходом осуществляется так, чтобы он составлял 10 м³/(м²-ч).when the ammonia nitrogen concentration at the outlet end of the fifth aerobic reactor is greater than or equal to the _C2 setpoint, the aeration flow rate is increased until the dissolved oxygen level reaches 6-8 mg/L and remains within that range; and, when the ammonia nitrogen concentration at the outlet end of the fifth aerobic reactor is less than or equal to the set C ₃ value (C ₃ < C ₂ ), the aeration flow is gradually reduced until the ammonia nitrogen concentration in the effluent water is greater than the set C ₃ value , but below the set value C ₂ , and the minimum aeration flow rate is controlled so that it is 10 m ³ / (m ² -h).

Насос обратного потока жидкости нитрификации размещен между пятым аэробным реактором и первым аноксидным реактором и приспособлен для обеспечения обратного потока выходящей жидкости нитрификации пятого аэробного реактора в первый аноксидный реактор посредством трубы (канала). Общая величина ХПК, соответствующая кислороду, поступающему в первый аноксидный реактор, получена путем отслеживания в режиме реального времени величины входящего потока первого аноксидного реактора и концентрации ХПК во входящем потоке, общая величина нитратного азота, который должен поступать в первый аноксидный реактор, определена согласно заданному значению θ₁ соотношения углерода и азота (C/N), и величина обратного потока дополнительно определена согласно концентрации нитратного азота в отходящей воде пятого аэробного реактора. В этот момент значение коэффициента обратного потока задано в 200%, если коэффициент обратного потока превышает 200%, и значение коэффициента обратного потока задано в 50%, если коэффициент обратного потока меньше 50%.A nitrification liquid return flow pump is located between the fifth aerobic reactor and the first anoxic reactor and is adapted to provide a reverse flow of the nitrification outlet liquid of the fifth aerobic reactor to the first anoxic reactor via a pipe (channel). The total COD value corresponding to the oxygen entering the first anoxide reactor is obtained by monitoring in real time the influent amount of the first anoxide reactor and the COD concentration in the influent stream, the total amount of nitrate nitrogen to be supplied to the first anoxide reactor is determined according to the set value θ ₁ is the carbon to nitrogen (C/N) ratio, and the reflux amount is further determined according to the concentration of nitrate nitrogen in the effluent water of the fifth aerobic reactor. At this point, the backflow ratio value is set to 200% if the backflow ratio is greater than 200%, and the backflow ratio value is set to 50% if the backflow ratio is less than 50%.

Устройство добавления источника углерода размещено в шестом аноксидном реакторе, общая величина нитрата, поступающего в шестой аноксидный реактор, вычислена согласно концентрации нитратного азота в отходящей воде пятого аэробного реактора, и объем источника углерода, который должен быть добавлен, определен согласно заданному значению θ2 соотношения углерода и азота (C/N).The carbon source adding device is located in the sixth anoxide reactor, the total amount of nitrate entering the sixth anoxide reactor is calculated according to the concentration of nitrate nitrogen in the waste water of the fifth aerobic reactor, and the amount of carbon source to be added is determined according to the set value θ2 of the ratio of carbon and nitrogen (C/N).

В каждом из реакторов используется цилиндрическое или прямоугольное тело резервуара с рабочей глубиной 4-10 м, где соотношение диаметра и глубины цилиндрического тела резервуара составляет от 2:1 до 0,5:1, соотношение длины и ширины прямоугольного тела резервуара составляет от 0,5:1 до 1,5:1, и максимальная скорость потока в каждом поперечном сечении не превышает 35 м/ч.Each of the reactors uses a cylindrical or rectangular tank body with a working depth of 4-10 m, where the ratio of the diameter and depth of the cylindrical tank body is from 2:1 to 0.5:1, the ratio of the length and width of the rectangular tank body is from 0.5 :1 to 1.5:1, and the maximum flow velocity in each cross section does not exceed 35 m/h.

Каждый из реакторов оборудован устройством распределения входящего потока и устройством сбора отходящей воды, причем устройство распределения входящего потока принимает воду посредством сливного отверстия на своей верхней части или имеет погружную конструкцию, которая принимает воду из нижней части боковой поверхности реактора, и, соответственно, устройство сбора отходящей воды собирает воду рядом с нижней частью или верхней частью боковой поверхности реактора за задерживающей сеткой, и режим входящего потока и выпуска каждого из реакторов представляет собой режим входа в верхней части, а выхода в нижней части или входа в нижней части, а выхода в верхней части, и управление состоянием гидравлического потока осуществляется так, чтобы предотвратить проскальзывание в реакторе.Each of the reactors is equipped with an inlet flow distribution device and an outflow water collection device, wherein the inlet flow distribution device receives water through a drain hole on its upper part or has a submersible structure that receives water from the lower part of the side surface of the reactor, and, accordingly, an outflow collection device water collects water near the bottom or top of the side surface of the reactor behind the retention mesh, and the inlet and outlet mode of each of the reactors is the mode of inlet at the top and outlet at the bottom or inlet at the bottom and outlet at the top , and the hydraulic flow condition is controlled to prevent slippage in the reactor.

В А/О блоке первой ступени первый аноксидный реактор представляет собой аноксидную зону преденитрификации, и электронодонорные матрицы, обеспеченные источником углерода органических веществ во входящем потоке, используются для удаления нитратного азота путем денитрификации. В этом процессе осуществляется обратный поток нитратного азота, содержащегося в выходящем потоке, из пятого аэробного реактора в первый аноксидный реактор. Второй аноксидно-аэробный реактор используется как аноксидная зона регулировки денитрификации/аэробная зона регулировки деградации оргаIn the first stage A/O unit, the first anoxic reactor is the anoxic pre-nitrification zone, and the electron-donating matrices provided by the organic carbon source in the influent are used to remove nitrate nitrogen by denitrification. This process reverse-flows the nitrate nitrogen contained in the effluent from the fifth aerobic reactor to the first anoxic reactor. The second anoxic-aerobic reactor is used as an anoxic denitrification control zone/aerobic organic degradation control zone

- 2 043420 нических веществ. В аноксидном состоянии электронодонорные матрицы, обеспеченные источником углерода органических веществ во входящем потоке, используются для удаления нитратного азота путем денитрификации и обеспечивают достаточную и полную реакцию преденитрификации как дополнение к первому аноксидному реактору. В аэробном состоянии второй аноксидно-аэробный реактор используется как аэробная зона деградации органических веществ для обеспечения деградации органических веществ в сточной воде, поступающей во второй аноксидно-аэробный реактор, чтобы обеспечить то, что последующая аэробная зона реакции будет находиться в состоянии низкой органической нагрузки. Когда второй аноксидно-аэробный реактор находится в аноксидном состоянии, третий аэробный реактор используется как аэробная зона деградации органических веществ для обеспечения деградации органических веществ в сточной воде, поступающей в третий аэробный реактор, чтобы обеспечить то, что последующая аэробная зона реакции будет находиться в состоянии низкой органической нагрузки. Когда второй аноксидно-аэробный реактор находится в аэробном состоянии, третий аэробный реактор используется как аэробная зона реакции деградации органических веществ и нитрификации для удаления органических веществ, органического азота и аммиачного азота, поступающих в третий аэробный реактор. Четвертый аэробный реактор используется как аэробная зона реакции нитрификации для удаления органического азота и аммиачного азота, поступающих в четвертый аэробный реактор. Пятый аэробный реактор используется как аэробная зона реакции нитрификации, способная управлять уровнем растворенного кислорода посредством регулировки аэрации, и используется как дополнение к четвертому реактору для обеспечения достаточной и полной реакции нитрификации.- 2 043420 nic substances. In the anoxic state, electron-donating matrices provided by the organic carbon source in the influent are used to remove nitrate nitrogen by denitrification and provide a sufficient and complete pre-nitrification reaction as a complement to the first anoxic reactor. In the aerobic state, the second anoxic-aerobic reactor is used as an aerobic organic matter degradation zone to ensure the degradation of organic matter in the wastewater entering the second anoxic-aerobic reactor to ensure that the subsequent aerobic reaction zone is in a state of low organic load. When the second anoxic-aerobic reactor is in the anoxic state, the third aerobic reactor is used as an aerobic organic matter degradation zone to ensure the degradation of organic matter in the wastewater entering the third aerobic reactor to ensure that the subsequent aerobic reaction zone is in a low state. organic load. When the second anoxic aerobic reactor is in the aerobic state, the third aerobic reactor is used as an aerobic organic degradation and nitrification reaction zone to remove organic matter, organic nitrogen and ammonia nitrogen entering the third aerobic reactor. The fourth aerobic reactor is used as an aerobic nitrification reaction zone to remove organic nitrogen and ammonia nitrogen entering the fourth aerobic reactor. The fifth aerobic reactor is used as an aerobic nitrification reaction zone capable of controlling dissolved oxygen levels by adjusting aeration, and is used as an addition to the fourth reactor to ensure sufficient and complete nitrification reaction.

В А/О блоке второй ступени шестой аноксидный реактор и седьмой аноксидный реактор используются как зона постденитрификации, добавленный внешний источник углерода используется как электронодонорная матрица денитрификации для удаления нитратного азота путем денитрификации. В этом процессе реакции согласно критерию выброса общего азота для окончательно очищенной отходящей воды, управление величиной удаления нитратного азота осуществляется путем регулировки объема внешнего источника углерода, который должен быть добавлен. Восьмой аэробный реактор используется для обеспечения деградации и удаления остаточных органических веществ в выходящем потоке из седьмого аноксидного реактора, а также используется как дополнение к реакции нитрификации А/О блока первой ступени, чтобы обеспечить управление окончательной отходящей водой согласно проектным требованиям так, чтобы органические вещества, общий азот, аммиачный азот и т. п. соответствовали требованиям относительно показателя качества воды.In the second stage A/O unit, the sixth anoxic reactor and the seventh anoxic reactor are used as a post-denitrification zone, the added external carbon source is used as an electron-donor denitrification matrix to remove nitrate nitrogen by denitrification. In this reaction process, according to the total nitrogen emission criterion for the final treated waste water, the amount of nitrate nitrogen removal is controlled by adjusting the amount of external carbon source to be added. The eighth aerobic reactor is used to provide degradation and removal of residual organics in the effluent from the seventh anoxic reactor, and is also used as a complement to the nitrification reaction of the first stage A/O unit to ensure that the final waste water is controlled according to design requirements so that organics, total nitrogen, ammonia nitrogen, etc. met the requirements for water quality indicator.

Рабочий процесс очистки сточных вод системы является следующим.The working process of wastewater treatment system is as follows.

Применяется рабочий режим постоянного потока. Предварительно очищенная сточная вода поднимается для последующего поступления в первый аноксидный реактор, второй аноксидно-аэробный реактор, третий аэробный реактор, четвертый аэробный реактор и пятый аэробный реактор А/О блока первой ступени и шестой аноксидный реактор, седьмой аноксидный реактор и восьмой аэробный реактор А/О блока второй ступени для получения в конце отходящей воды посредством осветления и отделения иловой воды.Constant flow operating mode is applied. Pre-treated wastewater rises for subsequent entry into the first anoxic reactor, the second anoxic-aerobic reactor, the third aerobic reactor, the fourth aerobic reactor and the fifth aerobic reactor A/O of the first stage unit and the sixth anoxic reactor, the seventh anoxic reactor and the eighth aerobic reactor A/ About the second stage unit to obtain waste water at the end through clarification and separation of sludge water.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущественные характеристики.The present invention has the following advantageous characteristics.

(1) Для соответствия строгим требованиям стандартов сброса сточных вод посредством организации преденитрификации и постденитрификации настоящее изобретение не только улучшает эффективность использования источника углерода во входящем потоке и эффективность удаления азота, но также эффективно управляет способностью системы удалять азот согласно требованиям относительно очистки путем точного управления добавлением внешнего источника углерода при удалении азота путем постденитрификации, что тем самым улучшает экономическую эффективность и стабильность удаления азота при очистке сточных вод.(1) To meet the stringent requirements of wastewater discharge standards by organizing pre-denitrification and post-denitrification, the present invention not only improves the influent carbon source utilization efficiency and the nitrogen removal efficiency, but also effectively controls the system's ability to remove nitrogen according to treatment requirements by accurately controlling the addition of external carbon source in nitrogen removal by post-denitrification, thereby improving the economic efficiency and stability of nitrogen removal in wastewater treatment.

(2) Управление и регулировка в отношении областей реакции и рабочих условий могут осуществляться автоматически. Таким образом, экономически эффективная очистка сточных вод может быть реализована путем регулировки функций некоторых реакторов и управления растворенным кислородом в условиях колебания качества воды, количества воды и температуры воды.(2) Control and adjustment regarding reaction areas and operating conditions can be carried out automatically. Thus, cost-effective wastewater treatment can be realized by adjusting the functions of some reactors and controlling dissolved oxygen under conditions of fluctuating water quality, water quantity and water temperature.

(3) Последовательное соединение реакторов позволяет оптимизировать распределение органической нагрузки и нагрузки аммиачного азота в пространстве, обеспечивая благоприятные условия для эффективного удаления органических веществ и нитрификации в системе.(3) Series connection of reactors allows to optimize the distribution of organic load and ammonia nitrogen load in space, providing favorable conditions for effective removal of organic substances and nitrification in the system.

(4) При использовании биопленок вместо активного ила концентрации взвешенных веществ (SS) в отходящей воде двух ступеней А/О блоков реакции составляют всего лишь 50-200 мг/л, микробный выход биопленок и выход ила в системе значительно снижаются, а традиционная технология пленочной фильтрации с помощью MBR (мембранного биореактора) и вторичного отстойного резервуара, применяемая способом активного ила, может быть заменена эффективными технологиями осветления и отделения иловой воды, такими как резервуар пневматической флотации, отстойный резервуар высокой плотности, отделение путем магнитной флокуляции, сетчатая фильтрация и многослойная фильтрация.(4) When using biofilms instead of activated sludge, the concentrations of suspended solids (SS) in the waste water of two stages of A/O reaction units are only 50-200 mg/L, the microbial yield of biofilms and the sludge yield of the system are significantly reduced, and the traditional film technology filtration by MBR (membrane bioreactor) and secondary settling tank, the activated sludge method can be replaced by efficient sludge water clarification and separation technologies such as pneumatic flotation tank, high-density settling tank, magnetic flocculation separation, mesh filtration and multi-layer filtration .

(5) Настоящее изобретение устраняет узкое место, заключающееся в том, что производительность нитрификации традиционной одно- или многоступенчатой системы активного ила ограничивается при низкой температуре, и решает проблему, заключающуюся в том, что низкое соотношение углерода и азо(5) The present invention solves the bottleneck that the nitrification performance of the conventional single or multi-stage activated sludge system is limited at low temperature, and solves the problem that the low carbon to azo ratio

- 3 043420 та во входящем потоке не может удовлетворить требованиям биологического удаления азота.- 3 043420 that in the incoming stream cannot meet the requirements of biological nitrogen removal.

(6) Настоящее изобретение решает проблемы длительного теоретического времени гидравлического удержания, требуемого в случае существующего А²/О процесса, в котором в основном используется взвешенный растущий активный ил, а также больших капиталовложений на общестроительные работы и высоких эксплуатационных расходов с точки зрения энергопотребления в результате высокого коэффициента обратного потока ила относительно жидкости нитрификации.(6) The present invention solves the problems of the long theoretical hydraulic retention time required in the case of the existing A ² /O process, which mainly uses suspended growing activated sludge, as well as the high capital investment for civil works and high operating costs in terms of energy consumption as a result high coefficient of return flow of sludge relative to the nitrification liquid.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Чертеж - схематическое изображение системы очистки сточных вод, в которой используется двухступенчатый аноксидно-аэробный процесс, объединяющий биопленку в зонах реакции согласно настоящему изобретению.The drawing is a schematic representation of a wastewater treatment system that uses a two-stage anoxic-aerobic process incorporating biofilm in the reaction zones according to the present invention.

На графических материалах 1 обозначает первый аноксидный реактор, 2 обозначает второй аноксидно-аэробный реактор, 3 обозначает третий аэробный реактор, 4 обозначает четвертый аэробный реактор, 5 обозначает пятый аэробный реактор, 6 обозначает шестой аноксидный реактор, 7 обозначает седьмой аноксидный реактор, 8 обозначает восьмой аэробный реактор, 9 обозначает блок осветления и отделения иловой воды, 10 обозначает взвешенный носитель биопленок, 11 обозначает перемешивающее устройство, 12 обозначает аэрационное устройство, 13 обозначает задерживающую сетку для взвешенных носителей биопленок, 14 обозначает устройство добавления источника углерода, 15 обозначает насос обратного потока жидкости нитрификации, 16 обозначает контроллер, 17 обозначает контроллер, 18 обозначает контроллер, и 19 обозначает контроллер.In the graphic materials, 1 denotes the first anoxic reactor, 2 denotes the second anoxide-aerobic reactor, 3 denotes the third aerobic reactor, 4 denotes the fourth aerobic reactor, 5 denotes the fifth aerobic reactor, 6 denotes the sixth anoxide reactor, 7 denotes the seventh anoxide reactor, 8 denotes the eighth aerobic reactor, 9 denotes clarification and sludge water separation unit, 10 denotes a suspended biofilm carrier, 11 denotes a mixing device, 12 denotes an aeration device, 13 denotes a retention mesh for suspended biofilm carriers, 14 denotes a device for adding a carbon source, 15 denotes a reverse fluid flow pump nitrification, 16 indicates controller, 17 indicates controller, 18 indicates controller, and 19 indicates controller.

Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention

Как показано на чертеже, двухступенчатая система очистки сточных вод с помощью аноксидноаэробных биопленок с регулируемыми зонами реакции согласно настоящему изобретению содержит А/О блок первой ступени, А/О блок второй ступени и блок 9 осветления и отделения иловой воды, которые последовательно соединены.As shown in the drawing, a two-stage wastewater treatment system using anoxic aerobic biofilms with controlled reaction zones according to the present invention contains a first-stage A/O unit, a second-stage A/O unit and a clarification and sludge water separation unit 9, which are connected in series.

А/О блок первой ступени содержит первый аноксидный реактор 1, второй аноксидно-аэробный реактор 2, третий аэробный реактор 3, четвертый аэробный реактор 4 и пятый аэробный реактор 5, которые последовательно соединены. А/О блок второй ступени содержит шестой аноксидный реактор 6, седьмой аноксидный реактор 7 и восьмой аэробный реактор 8, которые последовательно соединены. В каждом из реакторов (1-8) используется цилиндрическое или прямоугольное тело резервуара с рабочей глубиной 410 м, где соотношение диаметра и глубины цилиндрического тела резервуара составляет от 2:1 до 0,5:1, соотношение длины и ширины прямоугольного тела резервуара составляет от 0,5:1 до 1,5:1, и максимальная скорость потока в каждом поперечном сечении не превышает 35 м/ч.The A/O block of the first stage contains the first anoxic reactor 1, the second anoxic-aerobic reactor 2, the third aerobic reactor 3, the fourth aerobic reactor 4 and the fifth aerobic reactor 5, which are connected in series. The A/O block of the second stage contains a sixth anoxide reactor 6, a seventh anoxide reactor 7 and an eighth aerobic reactor 8, which are connected in series. Each of the reactors (1-8) uses a cylindrical or rectangular tank body with a working depth of 410 m, where the ratio of the diameter and depth of the cylindrical tank body is from 2:1 to 0.5:1, the ratio of the length and width of the rectangular tank body is from 0.5:1 to 1.5:1, and the maximum flow velocity in each cross section does not exceed 35 m/h.

Каждый из реакторов (1-8) оборудован устройством распределения входящего потока и устройством сбора отходящей воды, причем устройство распределения входящего потока принимает воду посредством сливного отверстия на своей верхней части или имеет погружную конструкцию, которая принимает воду из нижней части боковой поверхности реактора, и, соответственно, устройство сбора отходящей воды собирает воду рядом с нижней частью или верхней частью боковой поверхности реактора за задерживающей сеткой, и режим входящего потока и выпуска каждого из реакторов представляет собой режим входа в верхней части, а выхода в нижней части или входа в нижней части, а выхода в верхней части, и управление состоянием гидравлического потока осуществляется так, чтобы предотвратить проскальзывание в реакторе.Each of the reactors (1-8) is equipped with an inlet flow distribution device and an outflow water collection device, the inlet flow distribution device receives water through a drain hole on its top or has a submersible structure that receives water from a lower part of the side surface of the reactor, and, Accordingly, the waste water collection device collects water near the bottom or the top of the side surface of the reactor behind the retention screen, and the inlet and outlet mode of each of the reactors is the inlet at the top and the outlet at the bottom or the inlet at the bottom, and the outlet is at the top, and the state of the hydraulic flow is controlled so as to prevent slippage in the reactor.

Каждый из реакторов (1-8) заполнен взвешенными носителями 10 биопленок. Степень заполнения в каждом из первого, шестого и седьмого аноксидных реакторов (1, 2 и 7) не превышает 45%, степень заполнения в каждом из второго аноксидно-аэробного реактора 2 и пятого аэробного реактора 5 не превышает 40%, и степень заполнения в каждом из третьего, четвертого и восьмого аэробных реакторов (3, 4 и 8) не превышает 55%.Each of the reactors (1-8) is filled with suspended carriers of 10 biofilms. The filling degree in each of the first, sixth and seventh anoxide reactors (1, 2 and 7) does not exceed 45%, the filling degree in each of the second anoxic-aerobic reactor 2 and the fifth aerobic reactor 5 does not exceed 40%, and the filling degree in each from the third, fourth and eighth aerobic reactors (3, 4 and 8) does not exceed 55%.

Перемешивающее устройство 11 размещено в каждом из первого, шестого и седьмого аноксидных реакторов (1, 6 и 7) и второго аноксидно-аэробного реактора 2. Перемешивающее устройство 11 представляет собой спиральную или гиперболоидную мешалку, причем потребляемая мощность при перемешивании составляет не менее 25 Вт/м³.The mixing device 11 is located in each of the first, sixth and seventh anoxic reactors (1, 6 and 7) and the second anoxic-aerobic reactor 2. The mixing device 11 is a spiral or hyperboloid mixer, and the power consumption during mixing is at least 25 W/ m ³ .

Аэрационное устройство 12 размещено в каждом из третьего, четвертого, пятого и восьмого аэробных реакторов (3, 4, 5 и 8) и второго аноксидно-аэробный реактора 2. В аэрационном устройстве 12 применена перфорированная труба, размещенная на одной стороне для аэрации, причем перфорированная труба размещена на 2/3 площади нижней части резервуара рядом с выпускным концом и имеет более плотное распределение аэрационных отверстий рядом с выпускным концом, причем аэрационные отверстия имеют диаметр 3-6 мм, и аэрационный расход аэрационного отверстия составляет 1,60-1,75 м³/ч. Горизонтальная погрешность установки перфорированной трубы не превышает 6,5 мм.The aeration device 12 is located in each of the third, fourth, fifth and eighth aerobic reactors (3, 4, 5 and 8) and the second anoxic-aerobic reactor 2. The aeration device 12 uses a perforated pipe placed on one side for aeration, which is perforated the pipe is placed on 2/3 of the area of the bottom of the tank near the outlet end, and has a denser distribution of aeration holes near the outlet end, and the aeration holes have a diameter of 3-6 mm, and the aeration flow rate of the aeration hole is 1.60-1.75 m ³ /h. The horizontal installation error of the perforated pipe does not exceed 6.5 mm.

Задерживающая сетка 13 для взвешенных носителей биопленок выходящего потока размещена в каждом из реакторов (1-8), максимальная скорость потока при фильтрации задерживающей сетки не превышает 60 м/ч, живое сечение задерживающей сетки не превышает 60%, и размер ячейки задерживающей сетки составляет 60% диаметра взвешенных носителей биопленок. Задерживающая сетка 13 может представлять собой вертикальную или горизонтальную цилиндрическую сетку. Когда используется верA retaining mesh 13 for suspended biofilm carriers of the outgoing stream is placed in each of the reactors (1-8), the maximum flow rate when filtering the retaining mesh does not exceed 60 m/h, the live cross-section of the retaining mesh does not exceed 60%, and the cell size of the retaining mesh is 60 % diameter of suspended biofilm carriers. The retention mesh 13 may be a vertical or horizontal cylindrical mesh. When to use ver

- 4 043420 тикальная сетка, сторона с отверстиями сетки находится в положении, которое составляет от 35% до 65% рабочей глубины тела резервуара. Когда используется горизонтальная цилиндрический сетка, установочная высота цилиндрической сетки находится в положении, которое составляет от 35% до 65% рабочей глубины тела резервуара.- 4 043420 ticking mesh, the side with the mesh holes is in a position that is between 35% and 65% of the working depth of the tank body. When horizontal cylindrical mesh is used, the installation height of the cylindrical mesh is at a position that is 35% to 65% of the working depth of the tank body.

Конец для входящего потока системы (конец для входящего потока первого аноксидного реактора 1) оборудован прибором для анализа скорости потока в режиме реального времени и прибором для анализа ХПК в режиме реального времени, приспособленными для получения скорости потока входящего потока и концентрации ХПК во входящем потоке. Выпускной конец первого аноксидного реактора 1 оборудован прибором для анализа нитратного азота в режиме реального времени для получения концентрации нитратного азота в отходящей воде. Выпускной конец пятого аэробного реактора 5 оборудован прибором для анализа аммиачного азота в режиме реального времени, прибором для анализа нитратного азота в режиме реального времени и прибором для анализа растворенного кислорода в режиме реального времени, приспособленными для получения концентрации аммиачного азота в отходящей воде, концентрации нитратного азота и концентрации растворенного кислорода. Все эти приборы для анализа представляют собой существующие технологии.The influent end of the system (influent end of the first anoxide reactor 1) is equipped with a real-time flow rate analyzer and a real-time COD analyzer adapted to obtain the influent flow rate and the influent COD concentration. The outlet end of the first anoxic reactor 1 is equipped with a real-time nitrate nitrogen analyzer to obtain the concentration of nitrate nitrogen in the waste water. The outlet end of the fifth aerobic reactor 5 is equipped with a real-time ammonia nitrogen analyzer, a real-time nitrate nitrogen analyzer, and a real-time dissolved oxygen analyzer, adapted to obtain the ammonia nitrogen concentration in the waste water, the nitrate nitrogen concentration and dissolved oxygen concentrations. All of these analysis instruments represent existing technologies.

Второй аноксидно-аэробный реактор 2 имеет регулируемую функцию, и управление перемешивающим устройством и аэрационным устройством в нем осуществляется с помощью контроллера 16 для работы согласно следующему процессу.The second anoxic aerobic reactor 2 has an adjustable function, and the stirring device and the aeration device therein are controlled by the controller 16 to operate according to the following process.

Когда второй аноксидно-аэробный реактор 2 находится в состоянии, в котором запущено перемешивание и остановлено аэрационное устройство, реактор 2 используется как аноксидный реактор денитрификации для удаления азота путем денитрификации. Когда концентрация нитратного азота в отходящей воде первого аноксидного реактора 1 меньше заданного значения C1 или равняется ему, и время обслуживания превышает заданное значение T1, второй аноксидно-аэробный реактор 2 автоматически останавливает перемешивающее устройство, и запускает аэрационное устройство, и переключается из аноксидного состояния в аэробное состояние, и реактор 2 используется как аэробный реактор для обеспечения деградации органических веществ. Когда концентрация нитратного азота в отходящей воде первого аноксидного реактора 1 превышает заданное значение C1, и время обслуживания превышает заданное значение Т₂, второй аноксидно-аэробный реактор 2 автоматически останавливает аноксидную систему и запускает перемешивающую систему, т. е. переключается из аэробного состояния в аноксидное состояние.When the second anoxic aerobic reactor 2 is in a state in which the stirring is started and the aeration device is stopped, the reactor 2 is used as an anoxic denitrification reactor for removing nitrogen by denitrification. When the nitrate nitrogen concentration in the waste water of the first anoxic reactor 1 is less than or equal to the set value C1, and the maintenance time exceeds the set value T1, the second anoxic aerobic reactor 2 automatically stops the mixing device, and starts the aeration device, and switches from the anoxic state to the aerobic state. condition, and reactor 2 is used as an aerobic reactor to ensure the degradation of organic matter. When the concentration of nitrate nitrogen in the waste water of the first anoxic reactor 1 exceeds the set value C1, and the service time exceeds the set value _T2 , the second anoxic-aerobic reactor 2 automatically stops the anoxic system and starts the mixing system, i.e. switches from aerobic to anoxic state state.

Пятый аэробный реактор 5 имеет функцию регулировки аэрации, и управление перемешивающим устройством и аэрационным устройством в нем осуществляется с помощью контроллера 17 для работы согласно следующему процессу:The fifth aerobic reactor 5 has an aeration control function, and the mixing device and the aeration device therein are controlled by the controller 17 to operate according to the following process:

когда концентрация аммиачного азота на выпускном конце пятого аэробного реактора 5 превышает заданное значение С₂ или равняется ему, аэрационный расход повышается до тех пор, пока уровень растворенного кислорода не достигнет 6-8 мг/л и не останется в этом диапазоне; и, когда концентрация аммиачного азота на выпускном конце пятого аэробного реактора 5 меньше заданного значения С₃ (С₃<С₂) или равняется ему, аэрационный расход постепенно снижается до тех пор, пока концентрация аммиачного азота в отходящей воде не станет выше заданного значения С₃, но ниже заданного значения С₂, и управление минимальным аэрационным расходом осуществляется так, чтобы он составлял 10 м³/(м²-ч).when the ammonia nitrogen concentration at the outlet end of the fifth aerobic reactor 5 is greater than or equal to the set point _C2 , the aeration flow rate is increased until the dissolved oxygen level reaches 6-8 mg/L and remains within that range; and, when the concentration of ammonia nitrogen at the outlet end of the fifth aerobic reactor 5 is less than or equal to the set value C ₃ (C ₃ <C ₂ ), the aeration flow is gradually reduced until the concentration of ammonia nitrogen in the waste water is higher than the set value C ₃ , but below the set value C ₂ , and the minimum aeration flow rate is controlled so that it is 10 m ³ / (m ² -h).

Заданное значение C1, заданное значение С₂, заданное значение С₃, заданное значение T1 и заданное значение Т₂ должны быть конкретно определены согласно требованиям относительно аммиачного азота в окончательной отходящей воде и требованиям относительно общего азота в окончательной отходящей воде для регулировки таким образом, чтобы соответствовать требованиям относительно окончательной отходящей воды.The C1 setpoint, _C2 setpoint, _C3 setpoint, T1 setpoint and _T2 setpoint shall be specifically determined according to the requirements for ammonia nitrogen in the final waste water and the requirements for total nitrogen in the final waste water for regulation so that meet final waste water requirements.

Насос 15 обратного потока жидкости нитрификации размещен между пятым аэробным реактором 5 и первым аноксидным реактором 1, причем насос 15 обратного потока соединен с контроллером 18, и причем насос 15 обратного потока представляет собой осевой насос большого расхода и низкого давления. Контроллер 18 обратного потока жидкости нитрификации управляет насосом 15 обратного потока для обеспечения обратного потока выходящей жидкости нитрификации пятого аэробного реактора 5 в первый аноксидный реактор 1 посредством трубы (канала). Общая величина ХПК, соответствующая кислороду, поступающему в первый аноксидный реактор 1, получена путем отслеживания в режиме реального времени величины входящего потока первого аноксидного реактора 1 и концентрации ХПК во входящем потоке, общая величина нитратного азота, который должен поступать в первый аноксидный реактор 1, определена согласно заданному значению Θ1 соотношения углерода и азота (C/N), и величина обратного потока дополнительно определена согласно концентрации нитратного азота в отходящей воде пятого аэробного реактора 5. В этот момент значение коэффициента обратного потока задано в 200%, если коэффициент обратного потока превышает 200%, и значение коэффициента обратного потока задано в 50%, если коэффициент обратного потока меньше 50%.The nitrification liquid reverse flow pump 15 is disposed between the fifth aerobic reactor 5 and the first anoxic reactor 1, the reverse flow pump 15 being connected to the controller 18, and the reverse flow pump 15 being a high flow, low pressure axial flow pump. The nitrification liquid reverse flow controller 18 controls the reverse flow pump 15 to cause the nitrification outlet liquid of the fifth aerobic reactor 5 to flow back into the first anoxic reactor 1 via a pipe (channel). The total COD value corresponding to the oxygen entering the first anoxide reactor 1 is obtained by monitoring in real time the influent amount of the first anoxide reactor 1 and the COD concentration in the influent stream, the total amount of nitrate nitrogen to be supplied to the first anoxide reactor 1 is determined according to the carbon-nitrogen (C/N) ratio set value Θ1, and the reflux amount is further determined according to the concentration of nitrate nitrogen in the waste water of the fifth aerobic reactor 5. At this point, the reflux ratio value is set to 200% if the reflux ratio exceeds 200 %, and the backflow ratio value is set to 50% if the backflow ratio is less than 50%.

Устройство 14 добавления источника углерода размещено в шестом аноксидном реакторе 6, устройство 14 добавления источника углерода соединено с контроллером 19, и контроллер 19 управляетThe carbon source adding device 14 is located in the sixth anoxide reactor 6, the carbon source adding device 14 is connected to the controller 19, and the controller 19 controls

- 5 043420 объемом добавления с помощью устройства 14 добавления источника углерода. Общая величина нитрата, поступающего в шестой аноксидный реактор 6, получена согласно концентрации нитратного азота в отходящей воде пятого аэробного реактора 5, и объем добавления с помощью источника углерода определен согласно заданному значению θ₂ соотношения углерода и азота (C/N).- 5 043420 volume of addition using the device 14 for adding a carbon source. The total amount of nitrate entering the sixth anoxic reactor 6 is obtained according to the concentration of nitrate nitrogen in the effluent water of the fifth aerobic reactor 5, and the addition amount by the carbon source is determined according to the carbon to nitrogen ratio (C/N) set value θ ₂ .

Заданные значения (θ1 и θ₂) соотношения углерода и азота (C/N) могут быть определены согласно опытным значениям, θ1 и θ₂ соответственно относятся к типам входящего потока и источника углерода, каждый тип входящего потока и источника углерода имеет опытное значение, и они представляют собой существующие технологии.The target values (θ1 and _θ2 ) of the carbon and nitrogen (C/N) ratio can be determined according to the experimental values, θ1 and _θ2 respectively refer to the types of input stream and carbon source, each type of input stream and carbon source has an experimental value, and they represent existing technologies.

В А/О блоке первой ступени первый аноксидный реактор 1 представляет собой аноксидную зону преденитрификации, и электронодонорные матрицы, обеспеченные источником углерода органических веществ во входящем потоке, используются для удаления нитратного азота путем денитрификации. В этом процессе осуществляется обратный поток нитратного азота, содержащегося в выходящем потоке, из пятого аэробного реактора 5 в первый аноксидный реактор 1 посредством насоса 15 обратного потока жидкости нитрификации. Второй аноксидно-аэробный реактор 2 используется как аноксидная зона регулировки денитрификации / аэробная зона регулировки деградации органических веществ. При аноксидном состоянии в реакторе 2 используются электронодонорные матрицы, обеспеченные источником углерода органических веществ во входящем потоке, для удаления нитратного азота путем денитрификации, и он обеспечивает достаточную и полную реакцию преденитрификации как дополнение к первому аноксидному реактору 1. При аэробном состоянии реактор 2 используется как аэробная зона деградации органических веществ для обеспечения деградации органических веществ в сточной воде, поступающей в реактор, чтобы обеспечить то, что последующая аэробная зона реакции будет находиться в состоянии низкой органической нагрузки. Когда второй аноксидно-аэробный реактор 2 находится в аэробном состоянии, третий аэробный реактор 3 используется как аэробная зона деградации органических веществ для обеспечения деградации органических веществ в сточной воде, поступающей в третий аэробный реактор, чтобы обеспечить то, что последующая аэробная зона реакции будет находиться в состоянии низкой органической нагрузки. Когда второй аноксидно-аэробный реактор 2 находится в аэробном состоянии, третий аэробный реактор 3 используется как аэробная зона реакции деградации органических веществ и нитрификации для удаления органических веществ, органического азота и аммиачного азота, поступающих в третий аэробный реактор. Четвертый аэробный реактор 4 используется как аэробная зона реакции нитрификации для удаления органического азота и аммиачного азота, поступающих в четвертый аэробный реактор. Пятый аэробный реактор 5 используется как аэробная зона реакции нитрификации, способная управлять уровнем растворенного кислорода посредством регулировки аэрации, и используется как дополнение к четвертому реактору 4 для обеспечения достаточной и полной реакции нитрификации.In the first stage A/O unit, the first anoxic reactor 1 is an anoxic pre-nitrification zone, and the electron-donating matrices provided by the organic carbon source in the influent are used to remove nitrate nitrogen by denitrification. In this process, nitrate nitrogen contained in the effluent flow is reversed from the fifth aerobic reactor 5 to the first anoxic reactor 1 by means of a nitrification liquid reflux pump 15. The second anoxic-aerobic reactor 2 is used as an anoxic denitrification control zone / aerobic organic matter degradation control zone. In the anoxic state, reactor 2 uses electron-donating matrices provided by the organic carbon source in the influent to remove nitrate nitrogen by denitrification, and provides a sufficient and complete pre-denitrification reaction as a complement to the first anoxic reactor 1. In the aerobic state, reactor 2 is used as an aerobic organic degradation zone to ensure degradation of organic substances in the wastewater entering the reactor to ensure that the subsequent aerobic reaction zone is in a state of low organic load. When the second anoxic aerobic reactor 2 is in the aerobic state, the third aerobic reactor 3 is used as an aerobic organic matter degradation zone to ensure the degradation of organic matter in the wastewater entering the third aerobic reactor to ensure that the subsequent aerobic reaction zone is in state of low organic load. When the second anoxic aerobic reactor 2 is in an aerobic state, the third aerobic reactor 3 is used as an aerobic organic degradation and nitrification reaction zone to remove organic matter, organic nitrogen and ammonia nitrogen supplied to the third aerobic reactor. The fourth aerobic reactor 4 is used as an aerobic nitrification reaction zone to remove organic nitrogen and ammonia nitrogen supplied to the fourth aerobic reactor. The fifth aerobic reactor 5 is used as an aerobic nitrification reaction zone capable of controlling the level of dissolved oxygen by adjusting the aeration, and is used as an addition to the fourth reactor 4 to ensure sufficient and complete nitrification reaction.

В А/О блоке второй ступени шестой аноксидный реактор 6 и седьмой аноксидный реактор 7 используются как зона постденитрификации, добавленный внешний источник углерода используется как электронодонорная матрица денитрификации для удаления нитратного азота путем денитрификации. В этом процессе реакции согласно критерию выброса общего азота для окончательно очищенной отходящей воды, управление величиной удаления нитратного азота осуществляется путем регулировки объема внешнего источника углерода, который должен быть добавлен. Восьмой аэробный реактор 8 в основном обеспечивает деградацию и удаление остаточных органических веществ в выходящем потоке из седьмого аноксидного реактора 7 и может также выполнять нитрификацию, которая должна использоваться как дополнение к реакции нитрификации А/О блока первой ступени (может также пониматься как реакция нитрификации А/О блока второй ступени, однако это только дополнение, а не основная реализация реакции нитрификации), для обеспечения управления показателями качества воды, например, органическими веществами, общим азотом и аммиачным азотом окончательно очищенной отходящей воды согласно проектным требованиям.In the second stage A/O unit, the sixth anoxic reactor 6 and the seventh anoxic reactor 7 are used as a post-denitrification zone, the added external carbon source is used as an electron-donating denitrification matrix to remove nitrate nitrogen by denitrification. In this reaction process, according to the total nitrogen emission criterion for the final treated waste water, the amount of nitrate nitrogen removal is controlled by adjusting the amount of external carbon source to be added. The eighth aerobic reactor 8 mainly provides degradation and removal of residual organic matter in the effluent of the seventh anoxic reactor 7 and can also perform nitrification, which should be used as a complement to the A/O nitrification reaction of the first stage unit (can also be understood as the A/O nitrification reaction). O of the second stage unit, however this is only an addition and not the main implementation of the nitrification reaction), to ensure that water quality parameters such as organic matter, total nitrogen and ammonia nitrogen of the final treated waste water are controlled according to design requirements.

Во всех из блока 9 осветления и отделения иловой воды, устройства 14 добавления источника углерода и всех контроллеров используются существующие технологии.All of the clarification and sludge water separation unit 9, the carbon source adding device 14 and all the controllers use existing technologies.

Первичная отходящая вода из настоящей станции очистки сточных вод была очищена системой, и конкретная реализация выполняется согласно следующим этапам.The primary waste water from the present wastewater treatment plant has been treated by the system, and the specific implementation is carried out according to the following steps.

(1) Культивирование биопленок на взвешенных носителях биопленок.(1) Cultivation of biofilms on suspended biofilm supports.

Определенную величину взвешенных носителей 10 биопленок соответственно подавали на третий, четвертый и восьмой аэробные реакторы (3, 4 и 8) и второй аноксидно-аэробный реактор 2, и управление степенью заполнения и добавления каждого из реакторов (2, 3, 4, 5 и 8) осуществляли так, чтобы она составляла 55%. Входящий поток добавляли в каждый из реакторов для достижения нормального уровня жидкости для управления реакцией в реакторах, аэрационное устройство 12 каждого из реакторов запускали для оксигенационной аэрации, и культивирование биопленок выполняли путем управления интенсивностью подачи воздуха аэрации таким образом, чтобы она не превышала 55 м³/(м²-ч), и уровнем растворенного кислорода таким образом, чтобы он составлял 4-5 мг/л. В первые 5 дней сточную воду в реакторах меняли раз в сутки. С 5-го по 10-й день сточные воды в реакторах меняли дважды в сутки. После 10-го дня входящий поток реакторов и смешанный раствор в различные периоды времени реакции подA certain amount of suspended biofilm carriers 10 was respectively supplied to the third, fourth and eighth aerobic reactors (3, 4 and 8) and the second anoxic-aerobic reactor 2, and controlled the degree of filling and addition of each of the reactors (2, 3, 4, 5 and 8 ) was carried out so that it was 55%. The influent was added to each of the reactors to achieve a normal liquid level to control the reaction in the reactors, the aeration device 12 of each of the reactors was started for oxygenation aeration, and the cultivation of biofilms was carried out by controlling the intensity of the aeration air supply so that it did not exceed 55 m ³ / (m ² -h), and the level of dissolved oxygen so that it is 4-5 mg/l. In the first 5 days, the wastewater in the reactors was changed once a day. From the 5th to the 10th day, the wastewater in the reactors was changed twice a day. After the 10th day, the reactor influent and mixed solution are subjected to various reaction times under

- 6 043420 вергали отслеживанию основного показателя качества воды по ХПК и аммиачному азоту и наблюдали за состоянием культивирования биопленок. После того как степень очистки по ХПК отходящей воды в каждый период очистки достигала приблизительно 80% и создавалось эффективное культивирование биопленок, культивирование биопленок взвешенных носителей биопленок завершали.- 6 043420 monitored the main indicator of water quality for COD and ammonia nitrogen and monitored the state of biofilm cultivation. After the COD purification rate of the waste water reached approximately 80% in each treatment period and effective biofilm cultivation was established, biofilm cultivation of the suspended biofilm carriers was completed.

(2) Запуск ранней стадии.(2) Early stage launch.

Взвешенные носители 10 биопленок, подверженные культивированию биопленок, распределяли по каждому из реакторов (1-8) согласно такому принципу, чтобы степень заполнения в каждом из первого, шестого и седьмого аноксидных реакторов (1, 6 и 7) не превышала 45%, степень заполнения в каждом из второго аноксидно-аэробного реактора 2 и пятого аэробного реактора 5 не превышала 40%, и степень заполнения в каждом из третьего, четвертого и восьмого аэробных реакторов (3, 4 и 8) не превышала 55%.Suspended biofilm carriers 10 subject to biofilm cultivation were distributed into each of the reactors (1-8) according to such a principle that the filling degree in each of the first, sixth and seventh anoxic reactors (1, 6 and 7) did not exceed 45%, filling degree in each of the second anoxic-aerobic reactor 2 and the fifth aerobic reactor 5 did not exceed 40%, and the filling degree in each of the third, fourth and eighth aerobic reactors (3, 4 and 8) did not exceed 55%.

Применяли рабочий режим постоянного входящего потока и выпуска, и управление скоростью потока входящего потока системы осуществляли так, чтобы она составляла 20-50% проектной скорости потока.The operating mode of constant inlet and outlet flow was applied, and the influent flow rate of the system was controlled to be 20-50% of the design flow rate.

Перемешивающие устройства 11 запускали так, чтобы сделать взвешенные носители 10 биопленок в первом, шестом и седьмом аноксидных реакторах (1, 6 и 7) и втором аноксидно-аэробном реакторе 2 достаточно псевдоожиженными. Аэрационные устройства 12 запускали так, чтобы сделать взвешенные носители биопленок в третьем, четвертом и восьмом аэробных реакторах (3, 4 и 8) и пятом аэробном реакторе 5 достаточно псевдоожиженными. Насос 15 обратного потока запускали для подъема и осуществления обратного потока выходящего потока из пятого аэробного реактора 5 в первый аноксидный реактор 1 посредством трубы (канала), и управление коэффициентом обратного потока осуществляли так, чтобы он составлял 100%.The stirring devices 11 were run so as to make the suspended biofilm carriers 10 in the first, sixth and seventh anoxic reactors (1, 6 and 7) and the second anoxic-aerobic reactor 2 sufficiently fluidized. The aeration devices 12 were operated to make the suspended biofilm carriers in the third, fourth and eighth aerobic reactors (3, 4 and 8) and the fifth aerobic reactor 5 sufficiently fluidized. The reverse flow pump 15 was started to lift and reverse flow the effluent from the fifth aerobic reactor 5 into the first anoxic reactor 1 through a pipe (channel), and the reverse flow ratio was controlled to be 100%.

Запускали устройство 14 добавления источника углерода и контроллер 19. Например, ацетат натрия использовался как внешний источник углерода, Θ1 задано как 4,0:1, и управление объемом источника углерода, который должен быть добавлен, осуществлялось автоматически. Одновременно наблюдали за ХПК, аммиачным азотом и нитратным азотом входящего потока системы и отходящей воды восьмого реактора и состоянием культивирования биопленок. После того как степень очистки по ХПК, аммиачном азоту и общему азоту окончательно очищенной отходящей воды достигала приблизительно 80% и создавалось эффективное культивирование биопленок, скорость потока входящего потока системы и нагрузка постепенно улучшались этап за этапом до тех пор, пока нагрузка по очистке системы не достигала указанных условий нагрузки по очистке.The carbon source adding device 14 and the controller 19 were started. For example, sodium acetate was used as the external carbon source, Θ1 was set to 4.0:1, and the amount of carbon source to be added was controlled automatically. The COD, ammonia nitrogen, and nitrate nitrogen of the system influent and effluent of the eighth reactor and the biofilm culture status were simultaneously monitored. Once the COD, ammonia nitrogen, and total nitrogen purification rates of the final treated effluent water reached approximately 80% and effective biofilm cultivation was established, the system influent flow rate and load were gradually improved step by step until the system treatment load reached specified cleaning load conditions.

(3) Формальная работа.(3) Formal work.

После достижения указанных условий нагрузки по очистке осуществляли оптимизацию и управление в отношении всей системы.Once the specified treatment load conditions were achieved, optimization and control were performed on the entire system.

Регулировали интенсивность перемешивания первого, шестого и седьмого аноксидных реакторов (1, 6 и 7) и второго аноксидно-аэробного реактора 2, и интенсивность перемешивания снижали как можно сильнее с условием обеспечения достаточного псевдоожижения взвешенных носителей биопленок. Регулировали интенсивность аэрации третьего, четвертого, пятого и восьмого аэробных реакторов (3, 4, 5 и 8), и управление уровнем растворенного кислорода осуществляли так, чтобы он составлял 5-7 мг/л, с условием обеспечения достаточного псевдоожижения взвешенных носителей биопленок.The mixing intensity of the first, sixth and seventh anoxic reactors (1, 6 and 7) and the second anoxic-aerobic reactor 2 was regulated, and the mixing intensity was reduced as much as possible to ensure sufficient fluidization of suspended biofilm carriers. The aeration intensity of the third, fourth, fifth and eighth aerobic reactors (3, 4, 5 and 8) was regulated, and the level of dissolved oxygen was controlled so that it was 5-7 mg/l, ensuring sufficient fluidization of the suspended biofilm carriers.

Запускали контроллер 18 обратного потока жидкости нитрификации, и управление величиной обратного потока осуществляли согласно заданному значению θ₂, составляющему 6,5:1. Устройство 14 добавления источника углерода и контроллер 19 поддерживали в запущенном состоянии, и управление объемом источника углерода, который должен быть добавлен, осуществляли согласно заданному значению Θ1, составляющему 4,0:1.The nitrification liquid reverse flow controller 18 was started, and the reverse flow amount was controlled according to a set value of θ ₂ of 6.5:1. The carbon source adding device 14 and the controller 19 were maintained in a running state, and the amount of carbon source to be added was controlled according to the set value Θ1 of 4.0:1.

Запускали контроллер 16 второго аноксидно-аэробного реактора, и управление вторым аноксидноаэробным реактором 2 осуществлялось автоматически так, чтобы он находился в аноксидном состоянии или аэробном состоянии, согласно заданному значению C1, заданному значению T1 и заданному значению Т₂. Запускали контроллер 17 пятого аэробного реактора, и интенсивность аэрации пятого реактора 5 автоматически регулировалась согласно заданному значению С₂ и заданному значению С₃, и управление показателями качества воды относительно органических веществ, общего азота, аммиачного азота и т. п. окончательно очищенной отходящей воды осуществляли согласно проектным требованиям с условием достаточного псевдоожижения взвешенных носителей 10 биопленок. Например, когда требование относительно аммиачного азота в окончательной отходящей воде составляло 2 мг/л, и требование относительно общего азота в окончательной отходящей воде составляло 5 мг/л, значения концентрации C1 нитратного азота, концентрации С₂ аммиачного азота и концентрации С₃ аммиачного азота могли быть соответственно заданы равными 2 мг/л, 4 мг/л и 2 мг/л, и каждое из значений T1 и Т₂ могло быть задано равным 5 мин.The controller 16 of the second anoxic-aerobic reactor was started, and the second anoxic-aerobic reactor 2 was automatically controlled to be in an anoxic state or an aerobic state according to the set value C1, the set value T1 and the set value _T2 . The controller 17 of the fifth aerobic reactor was started, and the aeration intensity of the fifth reactor 5 was automatically adjusted according to the set value C ₂ and the set value C ₃ , and the water quality indicators regarding organic matter, total nitrogen, ammonia nitrogen, etc. of the finally treated waste water were controlled according to design requirements with the condition of sufficient fluidization of suspended carriers of 10 biofilms. For example, when the ammonia nitrogen requirement in the final waste water was 2 mg/L, and the total nitrogen requirement in the final waste water was 5 mg/L, the values of the C1 nitrate nitrogen concentration, the _C2 ammonia nitrogen concentration, and the _C3 ammonia nitrogen concentration could be respectively set to 2 mg/L, 4 mg/L and 2 mg/L, and each of the values of T1 and _T2 could be set to 5 minutes.

Качество входящего потока и отходящей воды согласно настоящему варианту осуществления было следующим: при температуре реакции 8-25°С диапазон концентрации ХПК во входящем потоке составлял 76-284 мг/л, средняя концентрация в отходящей воде составляла 29,3±10,6 мг/л, диапазон концентрации аммиачного азота во входящем потоке составлял 21,8-85,1 мг/л, концентрация аммиачного азота вThe quality of the influent and effluent water according to the present embodiment was as follows: at the reaction temperature of 8-25°C, the COD concentration range of the influent was 76-284 mg/L, the average concentration of the effluent water was 29.3±10.6 mg/L l, the range of ammonia nitrogen concentration in the influent stream was 21.8-85.1 mg/l, the ammonia nitrogen concentration in

--

Claims

the effluent water was 0.14±0.33 mg/L, the influent total nitrogen concentration range was 25.7-87.8 mg/L, and the mean effluent concentration was 2.7±3.4 mg/L . Under fluctuating reaction conditions, the system achieved stable pollutant removal effect.

CLAIM

1. A two-stage wastewater treatment system using anoxide-aerobic biofilms with controlled reaction zones, containing a first-stage A/O block and a second-stage A/O block, which are connected in series, with the first-stage A/O block containing the first anoxic reactor, a second anoxic aerobic reactor, a third aerobic reactor, a fourth aerobic reactor and a fifth aerobic reactor, which are connected in series; The second stage A/O block contains a sixth anoxic reactor, a seventh anoxic reactor and an eighth aerobic reactor, which are connected in series; each of the reactors is filled with suspended biofilm carriers; a stirring device is located in each of the first anoxic reactor, the sixth anoxic reactor, the seventh anoxic reactor and the second anoxic-aerobic reactor; and an aeration device is located in each of the third aerobic reactor, the fourth aerobic reactor, the fifth aerobic reactor, the eighth aerobic reactor and the second anoxic-aerobic reactor.

2. A two-stage wastewater treatment system using anoxic-aerobic biofilms with adjustable reaction zones according to claim 1, characterized in that the degree of filling with suspended biofilm carriers is as follows: the degree of filling in each of the first anoxic reactor, the sixth anoxic reactor and the seventh anoxic reactor reactor does not exceed 45%, the filling degree in each of the second anoxic-aerobic reactor and the fifth aerobic reactor does not exceed 40%, and the filling degree in each of the third aerobic reactor, the fourth aerobic reactor and the eighth aerobic reactor does not exceed 55%.

3. A two-stage wastewater treatment system using anoxide-aerobic biofilms with adjustable reaction zones according to claim 1, characterized in that the power consumption when mixing the mixing device is at least 25 W/m ³ .

4. A two-stage wastewater treatment system using anoxide-aerobic biofilms with adjustable reaction zones according to claim 1, characterized in that the aeration device uses a perforated pipe placed on one side for aeration, and an aeration flow rate in the lumen of each of the aeration holes on perforated pipe is 1.60-1.75 m ³ / h.

5. A two-stage wastewater treatment system using anoxic-aerobic biofilms with adjustable reaction zones according to claim 1, characterized in that a retention mesh for suspended carriers of biofilms of the effluent stream is placed in each of the reactors, the maximum flow rate when filtering the retention mesh does not exceed 60 m/h, the live section of the retaining mesh does not exceed 60%, and the mesh size of the retaining mesh is 60% of the diameter of the suspended biofilm carriers.

6. A two-stage wastewater treatment system using anoxic-aerobic biofilms with controlled reaction zones according to claim 1, characterized in that the incoming flow end of the A/O unit of the first stage is equipped with a device for analyzing the flow rate in real time and an analysis device Real-time COD; the outlet end of the first anoxide reactor is equipped with an instrument for real-time nitrate nitrogen analysis; and the outlet end of the fifth aerobic reactor is equipped with a real-time ammonia nitrogen analyzer, a real-time nitrate nitrogen analyzer, and a real-time dissolved oxygen analyzer.

7. A two-stage wastewater treatment system using anoxic-aerobic biofilms with controlled reaction zones according to claim 1, characterized in that the control and regulation in relation to the second anoxic-aerobic reactor are carried out according to the following process:

in the state where stirring is started and aeration is stopped, the second anoxic aerobic reactor is used as an anoxic denitrification reactor for removing nitrogen by denitrification; when the concentration of nitrate nitrogen in the waste water of the first anoxic reactor is less than or equal to the set value C1 and the maintenance time exceeds the set value T1, the second anoxic-aerobic reactor automatically stops mixing, starts aeration and switches from the anoxic state to the aerobic state, and the second anoxic-aerobic reactor the reactor is used as an aerobic reactor to ensure the degradation of organic substances; and, when the concentration of nitrate nitrogen in the effluent water of the first anoxic reactor exceeds the set value C1 and the service time exceeds the set value _T2 , the second anoxic-aerobic reactor stops aeration, starts mixing and switches from the aerobic state to the anoxic state.

8. A two-stage wastewater treatment system using anoxic-aerobic biofilms with controlled reaction zones according to claim 1, characterized in that the fifth aerobic reactor is subject to aeration control according to the following process:

-