LV12165B - Notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas paņēmiens - Google Patents

Description

Izgudrojums attiecas uz notekūdeņu bioloģisku attīrīšanu. Izgudrojuma mērķis - notekūdeņu attīrīšanas intensificēšana attiecībā uz organisko piesārņojumu un biogēniem, procesam pievadāmās elektroenerģijas samazināšana un aktīvo dūņu pieauguma samazināšana bioloģiskās attīrīšanas sistēmā. Izgudrojumā aprakstītais notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas paņēmiens plaši izmantojams esošo notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas iekārtu rekonstrukcijas projektēšanai.

Zināmais tehnikas līmenis

Viens no izplatītākajiem notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas procesiem, kur izmanto suspendētas aktīvās dūņas, ir daudzu procesu pamatā esošais, tā sauktais, A2O princips /1/: notekūdeņi secīgi tiek pakļauti anaerobai, anoksai un aerobai apstrādei; neaerētās zonas katra sadalītas divās dalās; notekūdeņi ieplūdes procesā sajaucas ar recirkulētajām dūņām pirmajā anaerobajā zonā; no aerācijas tilpnes notekūdeņi 1-4Q apjomā tiek recirkulēti uz anokso tilpni. Iekārta, kas darbojas pēc šādas shēmas, ļauj uzturēt aktīvās dūņas ar zemu pavedienveida organismu saturu.

Lai sekmētu vēlamu procesu norisi, bioloģiskās attīrīšanas tilpnes bieži vien sadalītas vairākās zonās, atdalot tās ar šķērssienām. Tas pastiprina izspiešanas reaktora darbības principu sistēmā un atvieglo procesa regulēšanu kopumā /2/. Izspiešanas reaktora principa izmantošana palielina tehnoloģiskajā procesā izmantojamo mikroorganismu dažādību un veicina to īpatnējo aktivitāti. Sadalot apstrādes tilpnes ar šķērssienām izveidojas tā saucamie selektori, kas tiek sekmīgi izmantoti pavedienformu organismu augšanas kavēšanai /5, 9/, kas savukārt ļauj ievērojami palielināt sistēmā esošo suspendēto dūņu dozu.

Literatūrā plaši aprakstīta aerācijas intensitātes regulēšanas pielietošana bioloģiskās apstrādes procesos. Tā ļauj ekonomēt elektroenerģiju un BSP (Bioloģiskais skābekļa patēriņš) patēriņu aerobajos procesos /2, 3, 4/. Tā, kā redokspotenciāla izmaiņas ir ievērojamākas nekā izšķīdušā skābekļa koncentrācijas lielums, tad aerācijas intensitātes kontrolē par kritēriju izraugāms tieši pirmais /2, 4, 6, 7/.

Par ļoti svarīgu atzīta nitrātu neiepludināšana anaerobajā zonā /8/, jo tas kavē ne-P organismu savairošanos, ļaujot poli-P organismiem konkurēt ar pavedienveida mikroorganismiem attiecībā uz izšķīdušajiem organiskajiem savienojumiem kā barības avotu.

Piedāvātā tehnoloģiskā procesa apraksts

Par tehnoloģiskā procesa prototipu izvēlēts patentā US 4056465 /1/ aprakstītais process (A2O), kurā notekūdeņi secīgi tiek pakļauti anaerobai, anoksai un aerobai apstrādei. Prototipa tehnoloģiskais process notiek secīgi anaerobās, anoksās un aerobās tilpnēs, no kurām pirmās divas katra sadalīta 2 zonās, lai radītu flokulējošiem organismiem priekšrocības salīdzinot ar pavedienveida mikroorganismiem.

Arī piedāvātajā procesā notekūdeņi attīrīšanas procesā tiek pakļauti secīgai anaerobai un aerobai apstrādei. Līdzīgi prototipam, uzskatīta par lietderīgu tilpņu zonēšana ar šķērssienām.

Izgudrojuma būtība ir sekojoša. Notekūdeņi secīgi tiek pakļauti: anaerobai hidrolīzei, biosorbcijai tilpnē ar nekustīgu nesēju biomasas imobilizācijai, vienlaicīgai nitrifikācijai/denitrifikācijai, postaerācijai tilpnē ar nekustīgu nesēju biomasas imobilizācijai, nostādināšanai. Tā ir pamatshēma, kura var tikt papildināta ar nekustīga biomasas nesēja izmantošanu nitrifikatorā (2. shēma; 4. formulas punkts), dūņu reģenerāciju (3. shēma; 5. formulas punkts) vai dūņu mineralizāciju (4. shēma; 6. formulas punkts).

Process sākas ar ieplūstošo notekūdeņu anaerobu hidrolīzi. Lai sekmētu selektora priekšrocību izmantošanai pavedienformu augšanas kavēšanā, hidrolizators var tikt sadalīts vairākās kamerās (formulas 2. punkts), kurās nepieciešamības gadījumā var tikt ievietots arī inerts biomasas nesējs. Lielākā dala ieplūdes organikas sorbējas uz suspendētajām dūņām, samazinot BSP koncentrāciju šķīdumā un padarot iespējamu nitrifikāciju aerobajā tilpnē. Notekūdeņi un dūņas tiek samaisīti mehāniski. Uz hidrolizatoru netiek recirkulētas nostādinātās aktīvās dūņas no otrā nostādinātāja, tās tiek recirkulētas uz hidrolizatora 2. dalu - hidrolizatoru/biosorberi.

Vairākkameru hidrolizatorā/biosorberī notiek tālāka organiskā piesārņojuma hidrolizē, ko nodrošina uz nekustīgā biomasas nesēja piestiprinātā biomasa. Hidrolizēs produkti sorbējas uz recirkulētajām dūņām. Notekūdeņi un dūņas tiek samaisīti mehāniski.

Sekojot tilpņu zonēšanas principam, aerobā tilpne sadalīta vairākās daļās, paredzot iespēju notekūdeņus katrā no tām ne tikai aerēt ar regulējamu intensitāti, bet ari samaisīt. Tādējādi aerobās tilpnes nodalījumi neatkarīgi cits no cita izmantojami aerobai notekūdeņu apstrādei atšķirīgā, iepriekš uzdotā aerācijas intensitātes režīmā, lai nodrošinātu vienlaikus nitrifikāciju un denitrifikāciju. Skābekļa pievadīšanas regulēšana samazina kopējo izšķīdušā skābekļa patēriņu attīrīšanas procesam, tādējādi būtiski ietekmējot enerģijas patēriņu. Limitētas apskābekļošanas apstākļos suspendētās dūņas pārsvarā atrodas stacionārajā augšanas fāzē ar sekojošu līdzsvaru starp šūnu vairošanos un bojāeju (ierobežotu augšanu), kas arī samazina kopējo lieko dūņu pieaugumu sistēmā. Turklāt par sevišķi nepieciešamu uzskatāma P-baktēriju veikta denitrifikācija (heterotrofā denitrifikācija), jo tādējādi samazinās sumārais biogēnu asimilācijai nepieciešamais BSP daudzums.

Postaerācijas tilpnē, kura ir aprīkota ar inertu biomasas nesēju, notekūdeņi tiek samaisīti un bagātināti ar skābekli, intensīvi aerējot, lai novērstu denitrifikāciju un fosfora atbrīvošanu nostādinātājā un veiktu flokulu degazāciju. Aerācija nodrošina vienšūņu attīstību bioplēvē, tādējādi ievērojami uzlabojot izplūdes kvalitāti /11/.

Nostādinātājs var tikt aprīkots ar lamināru moduli nostādināšanas procesa uzlabošanai un tam nepieciešamā laika samazināšanai. Nostādinātājā apakšā izgulsnējušās aktīvās dūņas tiek pārsūknētas atpakaļ uz hidrolizatoru/biosorberi.

Par paņēmiena modifikāciju (2. shēma; formulas 4. punkts) uzskatāms iepriekšminētais process, kurā tiek izmantots biomasas nesējs nitrifikatorā. Nitrifikatora/denitrifikatora tilpnes aprīkošana ar biomasas nesēju ļauj nodrošināt daudz lielāku dūņu vecumu, dūņu koncentrāciju un sekmē trofiskas biocenozes attīstību. Tādējādi nesēja ievietošana palielina iekārtas efektivitāti un bioloģiskā attīrīšanas procesa noturību pret dažādu fizikālu parametru izmaiņām pat ieplūdes nesabalansētibas gadījumā.

Par paņēmiena modifikāciju (2A. shēma; formulas 4. punkts) uzskatāms iepriekšminētais process, kad nitrifikatora tilpnē tiek izmantots biomasas nesējs un netiek izmantota recirkulācija no nostādinātāja uz nitrifikatoru. Tas iespējams gadījumos, ja ieplūdē notekūdeņiem ir zema koncentrācija un/vai ieplūdē ir arī liela hidrauliskā slodze.

Par paņēmiena modifikāciju (3. shēma; formulas 5. punkts) 10 uzskatāms pamatprocess, kurš papildināts ar suspendēto aktīvo dūņu atsevišķu reģenerāciju. Arī reģenerators var tikt aprīkots ar nesēju aktīvo dūņu imobilizācijai.

Par paņēmiena modifikāciju (4. shēma; formulas 6. punkts) uzskatāms pamatprocess, kurš papildināts ar suspendēto aktīvo dūņu atsevišķu mineralizāciju vairākkameru mineralizatorā. Arī mineralizators var tikt aprīkots ar nesēju aktīvo dūņu imobilizācijai atkarībā no lieko dūņu slodzes pirmējos nostādinātājos un mineralizatorā. Šeit notiek aktīvo dūņu asimilācija mikroorganismu trofiskajā ķēdē. Ūdens pēc mineralizatorā tiek pievadīts aerobās tilpnes sākumā.

Piedāvātie paņēmiena realizācijas varianti shematiski attēloti fig. 1-4.

Fig. 1 parādīts pamatshēmas principiāls izkārtojums.

Notekūdeņi secīgi nonāk: anaerobajā hidrolizatorā 1.1; hidrolizēs otrajā pakāpē/biosorberī 1.2, kur sajaucas ar recirkulētajām dūņām; nitrifikatorā-denitrifikatorā 2;

postaerācijas tilpnē 3 un nostādinātājā 4. No nostādinātāja 4 apakšas tiek sūknētas izgulsnējušās aktīvās dūņas, kuras tiek vai nu recirkulētas (R) uz biosorberi, vai izvadītas no bioloģiskā attīrīšanas procesa kā liekās aktīvās dūņas (L).

Fig. 2 parādīta pamatshēmas modifikācija, kurā vienīgā atšķirība ir nekustīgais biomasas nesējs nitrifikatorādenitrifikatorā 2. Šeit, tāpat kā pamatshēmā, recirkulācijas plūsma (R) aizvada aktīvās dūnas no nostādinātāja uz biosorberi, bet plūsma (L) izvada no sistēmas liekās aktīvās dūnas.

Fig. 2A parādīta pamatshēmas modifikācija ar nekustīgu biomasas nesēju nitrifikatorā-denitrifikatorā 2, neizmantojot aktīvo dūnu recirkulāciju no nostādinātāja 4 apakšas uz biosorberi: visas no nostādinātāja apakšas izsūknētās dūnas tiek izvadītas no bioloģiskās attīrīšanas sistēmas (L).

Fig. 3 parādīta pamatshēmas modifikācija ar suspendēto aktīvo dūnu atsevišķu reģenerāciju vairākkameru reģeneratorā 5, kura pēdējā kamerā ir nekustīgs biomasas nesējs un kura paredzēta suspendēto dūnu asimilācijai. No otrā nostādinātāja 4 apakšas recirkulācijas plūsma (R) aizgādā dūnas uz reģeneratoru, bet ar plūsmu (L) sistēmu atstāj liekās aktīvās dūnas. Pēc reģeneratora dūnas tiek ievadītas atpakaļ attīrīšanas sistēmā vai nu ar ar plūsmu Rl (pirms dūnu asimilācijas) vai ar plūsmu R2 no dūnu asimilācijas tilpnes.

Fig. 4 parādīta pamatshēmas modifikācija ar suspendēto aktīvo dūnu atsevišķu mineralizāciju vairākkameru mineralizatorā 5, kura pēdējā kamerā ir nekustīgs biomasas nesējs un kura paredzēta suspendēto dūnu asimilācijai. Mineralizators 5 uzņem ne tikai otrajā nostādinātājā izgulsnētās dūnas (RO), bet arī no pirmējiem nostādinātājiem atsūknētās nogulsnes (DO). Dūnu ūdens pēc mineralizatora (R) sajaucas ar attīrīšanas iekārtā ieplūstošajiem notekūdeņiem.

Informācijās avoti [1] US patents Nr. 4056465; Marshall L. Spector; Production of non-bulking activated sludge (publicēts 01.11.77.).

[2] C.K.Lo, C.W.Yu, N.F.Y.Tam, S.Traynor; Enhanced nutrient removal by oxidation-reduction potential (ORP) controlled aeration in laboratory scale extended aeration treatment system. Wat. Res. Vol. 28, No. 10, pp. 2087-2094, 1994.

[3] P.S. Barker and P.L. Dold; Denitrification behaviour in biological excess phosphorus removal activated sludge systems. Wat. Res. Vol. 30, No. 4, pp. 769-780, 1996.

[4] Ewa Lie and Thomas Welander; Influence of dissolved oxygen and oxidation-reduction potential on the denitrification rāte of activated sludge. Wat. Sci. Tech. Vol. 30, No. 6, pp. 91-100, 1994.

[5] M.C.M. van Loosdrecht, M.A. Pot ' and J.J. Heijnen; Importance of bacterial storage polymers in bioprocesses. Wat. Sci. Tech. Vol. .35, No. 1, pp. 41-47, 1997.

[6] R.-F. Yu, S.-L. Liaw, C.-N. Chang, H.-J. Lu and W.-Y. Cheng; Monitoring and control using on-line ORP on the continuous-flow activated sludge batch reactor system. Wat. Sci. Tech. Vol. 35, No. 1, pp. 57-66, 1997.

[7] G. Demoulin, M.C. Goronszy, K. Wutscher and E. Forsthuber; Co-current nitrification/denitrification and biological P-removal in cyclic activated sludge plants by redox controlled cycle operation. Wat. Sci. Tech. Vol. 35, No. 1, pp. 215-224, 1997.

[8] T. Kuba, M.C.M. van Loosdrecht, F.A. Brandse and J.J. Heijnen; Occurrence of denitrifying phosphorus removing bacteria in modified UCT-type wastewater treatment plants.

Wat. Res. Vol. 31, No. 4, pp. 777-786, 1997.

[9] Jiri Wanner; THE IMPLEMENTATION OF BULKING CONTROL IN THE DESIGN OF ACTIVATED SLUDGE SYSTEMS. Wat. Sci. Tech. Vol. 29, No. 7, pp. 193-202, 1994.

[10] S. Rossetti, A. Carucci and E. Rolle; SURVEY ON THE OCCURRENCE OF FILAMENTOUS ORGANISMS IN MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANTS RELATED TO THEIR OPERATING CONDITIONS. Wat. Sci. Tech. Vol. 29, No. 7, pp. 305-308, 1994.

[11] Paolo Madoni; Microfauna biomass in activated sludge and biofilm. Wat. Sci. Tech. Vol. 29, No. 7, pp. 63-66, 1994.

[12] LV Patents Nr. 11166 (publicēts 20.06.96.) [13] LV patents Nr. 11610 (publicēts 20.02.97.)

Claims (6)

1. Paņēmiens notekūdeņu bioloģiskai attīrīšanai, kurā izmanto gan suspendētas, gan imobilizētas aktīvās dūņas, kā arī mainīgas intensitātes aerāciju, raksturīgs ar to, ka notekūdeņi secīgi tiek pakļauti: anaerobai hidrolīzei; biosorbcijai tilpnē ar nekustīgu nesēju biomasa imobilizācijai; vienlaicīgai nitrifikācijai /denitrifikācijai; postaerācijai tilpnē ar nekustīgu nesēju biomasas imobilizācijai un nostādināšanai.

2. Paņēmiens notekūdeņu bioloģiskai attīrīšanai saskaņā ar 1. punktu, raksturīgs ar to, ka lielākā daļa procesa sākumā ar dūņām saistītā piesārņojuma tiek asimilēta atsevišķa divdaļīga hidrolizatora otrajā tilpnē (biosorberi), sajaucoties ar no otrā nostādinātāja recirkulētajām dūņām, bet uz hidrolizatora sākumu dūņas no otrā nostādinātāja netiek recirkulētas.

3. Paņēmiens notekūdeņu bioloģiskai attīrīšanai saskaņā ar 1. vai 2. punktu, raksturīgs ar to, ka nitrifikācijas /denitrifikācijas tilpne ir vairākkameru un ir aprīkota ar regulējamiem aeratoriem un maisītājiem, lai uzturētu nepieciešamo skābekļa daudzumu vienlaicīgai nitrifikācijai /denitrifikācijai, kā arī lai uzturētu biomasu stacionārā augšanas fāzē.

4. Paņēmiens notekūdeņu bioloģiskai attīrīšanai saskaņā ar jebkuru punktu no 1. līdz 3. punktam, raksturīgs ar to, ka vairākkameru nitrifikācijas /denitrifikācijas tilpnē ir ievietots nekustīgs nesējs biomasas imobilizācijai.

5. Paņēmiens notekūdeņu bioloģiskai attīrīšanai saskaņā ar 4. punktu, raksturīgs ar to, ka papildus tiek izmantota suspendēto dūņu reģenerācija atsevišķā tilpnē, kas aprīkota ar nekustīgu biomasas nesēju.

6. Paņēmiens notekūdeņu biomasas bioloģiskai attīrīšanai saskaņā ar 4. punktu, raksturīgs ar to, ka papildus tiek izmantota suspendēto dūņu mineralizācija atsevišķā tilpnē, kas aprīkota ar nekustīgu biomasas nesēju.