RU2558250C2

RU2558250C2 - Способ и установка для очистки аммонийсодержащих сточных вод

Info

Publication number: RU2558250C2
Application number: RU2013153818/10A
Authority: RU
Inventors: Геерт НИХУИС
Original assignee: Демон Гмбх
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-07-27
Also published as: IL228872B; US20140305867A1; CA2828701A1; EP2792646A1; PL2792646T3; CA2828701C; JP5853009B2; PH12013000301A1; KR101642173B1; US9815722B2; SG2013072285A; CN104108788A; AU2013231205B2; CN104108788B; AU2013231205A1; BR102013026608A2; PH12013000301B1; NZ615933A; JP2014210253A; RU2013153818A

Abstract

Изобретения относятся к области очистки воды. Предложен способ и деаммонифицирующая установка для очистки аммонийсодержащих сточных вод. Деаммонифицирующая установка для очистки аммонийсодержащих сточных вод содержит аэрационный танк и гидроциклон для сепарирования ила из аэрационного танка на относительно тяжелую фракцию, которая включает бактерии, осуществляющие анаэробное окисление аммония, и на относительно легкую фракцию. Гидроциклон содержит впуск, соединенный с аэрационным танком, для введения ила, нижний выпуск, соединенный с аэрационным танком, для возврата сепарированной относительно тяжелой фракции в аэрационный танк и верхний выпуск, соединенный с аэрационным танком, для отвода сепарированной относительно легкой фракции из гидроциклона. Гидроциклон содержит цилиндрический сегмент и конический сегмент. Поверхность внутренних стенок конического сегмента на отдельных участках является шероховатой. Шероховатая поверхность внутренних стенок конического сегмента имеет большую степень шероховатости, чем поверхность внутренних стенок цилиндрического сегмента. Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод осуществляют в деаммонифицирующей установке. Изобретения обеспечивают упрощение превращения аммония и нитрита в элементарный азот. 2 н. и 31 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение касается способа для очистки аммонийсодержащих сточных вод в деаммонифицирующей установке, содержащей по меньшей мере один аэрационный танк, в котором сначала с помощью осуществляющих аэробное окисление бактерий (АОВ) аммоний преобразуется в нитрит, а затем с помощью осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox), в частности, с помощью Planctomyceten, аммоний и нитрит преобразуются в элементарный азот, и в котором ил из аэрационного танка подается в гидроциклон и в нем сепарируется на относительно тяжелую фракцию, которая содержит, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox), и на относительно легкую фракцию, причем относительно тяжелая фракция возвращается в аэрационный танк.

Кроме того, изобретение касается деаммонифицирующей установки для очистки аммонийсодержащих сточных вод, содержащей по меньшей мере один аэрационный танк и по меньшей мере один гидроциклон для сепарирования ила из аэрационного танка на относительно тяжелую фракцию, которая содержит, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox), и на относительно легкую фракцию, причем гидроциклон соединен по текучей среде с аэрационным танком, впуск для введения ила, соединенный по текучей среде с аэрационным танком, нижний выпуск для возврата сепарированной относительно тяжелой фракции в аэрационный танк и верхний выпуск для отвода сепарированной относительно легкой фракции из гидроциклона.

Очистка сточных вод активным илом - это способ для биологической очистки сточных вод в установках для очистки сточных вод. При этом коммунальные сточные воды посредством метаболитической активности аэробных хемоорганогетеротрофных микроорганизмов, так называемого активного ила, очищаются, таким образом, насколько это возможно, от органических загрязнений. Способ применяется после отделения или осаждения крупных частиц, которые обезвоживают, сепарируют, сбраживают и сжигают. Для коммунальных сточных вод этот способ относится к классическим интенсивным способам очистки сточных вод. Преимуществами его является общая применимость и хорошее очищающее воздействие на сточные воды для снижения содержания взвешенных частиц, химического потребления кислорода (ХПК), пятисуточного биохимического потребления кислорода (БПК5) и азотсодержащих соединений (N).

В соответствии со способом очистки сточных вод активным илом, установки могут работать как непрерывно, т.е. в непрерывном режиме работы (традиционная установка для очистки сточных вод), так и в периодическом режиме (последовательно-циклическая установка). Кроме того, также существуют еще так называемые мембранные установки для очистки сточных вод активным илом, в которых очищенная вода отделяется от ила с помощью мембраны. Общим для всех вариантов является то, что находящаяся в воде в виде суспензии масса бактерий или биомасса, которая также называется активным илом, выполняет биологическую очистку сточных вод. Для этого каждая установка содержит по меньшей мере один аэрационный танк, в котором сточные воды смешиваются с активным илом и, тем самым, приводятся в интенсивный контакт с активным илом.

Активным илом называется биомасса, образующаяся в аэрационном танке при аэробной биологической очистке сточных вод посредством расщепления содержащихся в сточных водах веществ. Она состоит, главным образом, из бактерий, грибков, простейших микроорганизмов, внеклеточных полимерных веществ (EPS) и других составных частей. Микроскопические исследования показывают, что хлопья активного ила, состоящие из бактерий и простейших, «активны». Поэтому она называется активным илом. Активный ил при техническом применении в способе очистки сточных вод активным илом, представляется, как правило, в форме хлопьев, которые, помимо живой и мертвой биомассы, содержат адсорбированные и напластованные органические соединения и минеральные вещества.

В способе очистки сточных вод активным илом после расщепления вредных веществ в сточных водах с помощью активного ила выполняется отделение этого ила от очищенной воды во время так называемой вторичной очистки. Большая часть отделенного ила возвращается в аэрационный танк в виде возвратного ила или рециркуляционного ила. Тем самым обеспечивается поддержание постоянной концентрация активного ила в аэрационном танке. Содержащиеся в возвратном иле активные хлопья способствуют обновлению очищающей способности активного ила. Не рециркулирующий, небольшой объемный поток активного ила называется избыточным илом. Избыточный ил, таким образом, является частью активного ила, которая отводится для поддержания необходимой концентрации биомассы и перекачивается в устройство для обработки ила. Этот удаленный избыток биомассы, как правило, подается вместе с первичным илом сброженного ила и затем подается в устройство для удаления воды из ила.

В обычных установках для очистки сточных вод в настоящее время применяется почти исключительно биологическая нитрификация/денитрификация для удаления азота. Под удалением азота понимается преобразование биологических азотсодержащих соединений, таких как аммоний (NH₄), нитрит (NO₂) и нитрат (NO₃) в элементарный азот (N₂), который выделяется в окружающую среду в виде газа как безвредный конечный продукт. При нитрификации аммоний окисляется посредством кислорода через промежуточный продукт нитрит до нитрата. При последующей денитрификации на первой стадии восстановления нитрат восстанавливается до нитрита, а на второй стадии восстановления - до азота.

Биологическая нитрификация/денитрификация имеет недостаток - высокая потребность в кислороде и связанное с этим высокое потребление энергии. Кроме того, при денитрификации потребляется органический углерод, что отрицательно влияет на дальнейший процесс очистки и свойства ила.

В отличие от нитрификации/денитрификации при деаммонификации требуется только 40% кислорода, и/или потребление энергии при удалении азота сокращается на 60%. Деаммонификация - это аутотрофный процесс, при котором органический углерод не требуется. При этом остальной процесс очистки становится более стабильным.

Деаммонификация - это эффективный способ для биологического удаления азота, например, также для сточных вод с высокими концентрациями аммония. При биологической деаммонификации с суспендированной биомассой принимают участие две группы бактерий, с одной стороны, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ), которые преобразуют аммоний в нитрит, а с другой стороны, осуществляющие анаэробное окисление аммония и производящие элементарный азот бактерии (Anammox), в частности, Planctomyceten, которые осуществляют эту стадию с помощью ранее произведенного нитрита.

Осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ) при обмене веществ производят в десять раз больше новых бактерий, чем осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox). Время пребывания ила в системе с одним илом должно быть по меньшей мере настолько продолжительным, чтобы могла увеличиться концентрация медленно растущих осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox).

Способ для одноступенчатой или двухступенчатой деаммонификации известен достаточно давно, например, из WO 2007/033393 A1 или EP 0327184 B1.

Из недостатков при этом следует отметить, в частности, значительно более продолжительное время регенерации осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox), которое в 10 раз больше, чем у осуществляющих аэробное окисление аммония бактерий (АОВ). Таким образом, стабильная система может образоваться только в том случае, если время пребывания ила, т.е. бактерий в танке, достаточно велико. Для этого, в свою очередь, необходим большой реакционный объем и соответствующая конструкция танка.

Кроме того, достаточно высокая температура сточных вод (>25°C) является основанием для существования, т.е. роста осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox). Однако, для нагрева сточных вод требуется затратить много электроэнергии, поэтому описанный способ не может выполняться эффективно при отводе воды при низких температурах.

Кроме того, наличие таких групп бактерий (NOB), которые преобразуют образованный нитрит при аэробных условиях в нитрат, является вредным. Время регенерации этой группы бактерий в 10 раз меньше, чем время регенерации осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox). Для компенсации такой разницы времени регенерации уже задумывались о том, чтобы аэрируемую фазу системы с одним илом проводить при очень низком уровне кислорода (<0,4 мг O₂/л). При этом образующим нитрат бактериям (NOB) кислород не предоставляется, или предоставляется недостаточное для преобразования нитрита количество кислорода, что, в свою очередь, очень благоприятно для осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox). Однако снижение подачи кислорода во время аэрируемой фазы имеет тот недостаток, что при аэробном превращении аммония в нитрит подача кислорода также ограничена, и в результате этого такое превращение проходит очень медленно.

Медленно растущие Planctomyceten, время регенерации которых в 10 раз больше, чем у образующих нитрит бактерий (АОВ), имеют такое свойство, что очень много отдельных бактерий образуют сферическую систему, так называемые гранулы Planctomyceten. Эти гранулы Planctomyceten имеют очень большую плотность (10¹⁰ бактерий/мл).

Очищаемые сточные воды содержат, помимо расщепленного аммония, органические вещества, такие как органические кислоты и другие органические вещества, которые описываются общим параметром "растворенный ХПК", и содержание которых может составлять несколько сотен мг/л (обычно: 100-2000 мг/л). Эти органические вещества расщепляются очень быстрорастущими гетеротрофными бактериями. Гетеротрофные бактерии оседают зачастую на гранулах Planctomyceten и образуют на них органическое покрытие, т.е. слой. Это покрытие приводит к ограничению диффузии и, тем самым, затрудняет преобразование аммония (NH₄) и нитрита (NO₂) в элементарный азот (N₂), поскольку субстрат (NH₄ и NO₂) должен сначала пройти через это покрытие, прежде, чем попадет на Planctomyceten для преобразования.

Очищаемые сточные воды, зачастую сточные воды, которые состоят из сброженного осадка (анаэробная стабилизация осадка сточных вод) или, главным образом, сточных вод с повышенными значениями концентрации азота, содержат, помимо аммония (NH₄) и органически расщепляемых веществ также неорганические вещества, как например, карбонат кальция и/или струвит, которые также могут откладываться на поверхности гранул Plantomyceten. Также содержащиеся в сточных водах вредные вещества, которые могут составлять несколько сотен мг/л (обычно 50-1000 мг/л), образуют или увеличивают покрытие на гранулах Planctomyceten.

Образование покрытия на гранулах Planctomyceten приводит, в результате, к массовым помехам при работе деаммонифицирующей установки. Сравнительные измерения между свободными, не имеющими покрытия, гранулами Planctomyceten и гранулами с покрытием показали, что удельная доля полученного азота (мг N/г сухого вещества), отличается в 4-6 раз.

Отложения, т.е. слой на гранулах Planctomyceten можно заметить невооруженным глазом. Свободные, не имеющие покрытия, гранулы имеют интенсивный красный цвет / цвет ржавчины; покрытые слоем гранулы имеют, в зависимости от степени покрытия, от слабо красноватого / коричневого до темно коричневого цвет.

Из EP 2163524 B1 уже известен способ и деаммонифицирующая установка предшествующего уровня техники. В этом способе для поддержания постоянной концентрации биомассы в установке, в нее направляется сброженный ил, отведенный избыточный ил не удаляется из нее, а подается в гидроциклон, и в нем разделяется на относительно тяжелую фракцию (нижний выпуск) и на относительно легкую фракцию (верхний выпуск). При этом используется разность плотности содержащихся в избыточном иле обеих групп бактерий (Anammox/AOB), чтобы разделить тяжелую фазу избыточного ила, которая содержит, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox), и легкую фазу (АОВ). Посредством возврата в аэрационный танк установки содержащихся в тяжелой фазе групп бактерий (Anammox) обеспечивается увеличение концентрации в аэрационном танке медленнорастущих групп бактерий (Anammox).

Обе разделяемые фракции ила, а именно, относительно легкая фракция и относительно тяжелая фракция, сильно отличаются как по плотности, так и по биологическим характеристикам. Речь идет о совершенно различных группах бактерий. Состоящие из множества отдельных бактерий гранулы Planctomyceten, в отличие от представленных в виде хлопьев осуществляющих аэробное окисление аммония бактерий (АОВ), имеют значительно более высокую плотность. Посредством имеющейся разницы плотности обеих групп бактерий удается разделить тяжелую, содержащую гранулы Planctomyceten, фазу отведенного избыточного ила, и легкую фазу, содержащую хлопьевидную часть ила. В результате такого различия по плотности гранулы Planctomyceten имеют значительно больший вес, чем хлопья.

В основу изобретения положена задача предложить улучшенный способ для очистки аммонийсодержащих сточных вод. Кроме того, в основу изобретения положена задача предложить улучшенную деаммонифицирующую установку для очистки аммонийсодержащих сточных вод.

Первая из указанных задач, согласно изобретению, решается с помощью способа, отличительные признаки которого содержатся в пункте 1 формулы изобретения. Дополнительные варианты выполнения изобретения приводится в зависимых пунктах 2-7.

Таким образом, согласно изобретению, предусмотрен способ для очистки аммонийсодержащих сточных вод, в котором активный ил из аэрационного танка по меньшей мере периодически вводится в гидроциклон, и в котором после сепарирования активного ила в гидроциклоне как относительно тяжелая фракция, так и относительно легкая фракция, которая содержит, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ), снова возвращаются в по меньшей мере один аэрационный танк установки, причем во время сепарирования активного ила в гидроциклоне осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox), имеющие, в отличие от осуществляющих аэробное окисление аммония бактерий (АОВ), более высокую плотность, посредством центробежных сил и сил течения в гидроциклоне осаждаются на шероховатой поверхности внутренних стенок гидроциклона, и посредством относительного движения между быстро движущимися осуществляющими анаэробное окисление аммония бактериями (Anammox) и неподвижной шероховатой поверхностью внутренних стенок гидроциклона образуются абразивные силы, с помощью которых органический или неорганический слой, имеющийся на осуществляющих анаэробное окисление аммония бактериях (Anammox), в частности, на гранулах Planctomyceten, по меньшей мере частично удаляется.

Тем самым предлагается улучшенный способ для очистки аммонийсодержащих сточных вод, поскольку превращение аммония и нитрита в элементарный азот посредством осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox) облегчается тем, что ограничивающий диффузию органический или неорганический слой на осуществляющих анаэробное окисление аммония бактериях (Anammox), представленных в виде гранул Planctomyceten, удаляется. При этом слой настолько бережно снимается или смывается с гранул, что сами гранулы не повреждаются абразивными силами. Сохранение структуры в виде гранул является основным условием для получения азота в установке. Посредством того, что, как относительно тяжелая фракция, так и относительно легкая фракция после сепарирования в гидроциклоне снова возвращаются в тот же самый аэрационный танк, из которого отводился введенный в гидроциклон активный ил, соотношение между необходимым для деаммонификации типом бактерий, а именно, между осуществляющими анаэробное окисление аммония бактериями (Anammox), в частности, гранулами Plantomyceten, и осуществляющими аэробное окисление аммония бактериями (АОВ), в частности, Nitrosomonas, в установке, т.е. в биологической системе, сохраняется. Одновременно, посредством удаления слоя, увеличивается получение азота. Поскольку представленные в виде хлопьев осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии, главным образом, содержатся в относительно легкой фракции активного ила, для того, чтобы процесс деаммонификации выполнялся эффективно, а получение азота происходило хорошо, необходимо, чтобы, помимо гранул Planctomyceten, в аэрационный танк снова возвращалась также относительно легкая фракция.

Таким образом, на шероховатой поверхности внутренних стенок гидроциклона осаждаются представленные в гидроциклоне в виде системы из множества отдельных бактерий гранулы Planctomyceten, поскольку они обладают более высокой плотностью по сравнению с представленными в виде хлопьев осуществляющими аэробное окисление аммония бактериями. Эта шероховатая поверхность внутренних стенок гидроциклона, по сравнению с соседней поверхностью внутренних стенок или по сравнению с поверхностью внутренних стенок обычного гидроциклона, имеет более высокую степень шероховатости. При этом поверхность внутренних стенок сама является шероховатой или имеет поверхностное покрытие, которое имеет шероховатость более высокой степени. Посредством контакта с шероховатой поверхностью внутренних стенок к гранулам подводятся абразивные силы, которые образованы таким образом, что органическое и неорганическое покрытие на гранулах бережно удаляется, не повреждая при этом систему из отдельных бактерий или отдельные бактерии. После удаления слоя гранулы возвращаются через нижний выпуск гидроциклона в аэрационный танк.

Представленные в виде хлопьев и имеющиеся, главным образом, в легкой фракции осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ), в результате того, что они имеют значительно меньшую плотность, чем гранулы, выводятся с помощью образующегося в гидроциклоне и направленного вверх внутреннего вихревого потока через верхний выпуск гидроциклона. Таким образом, эти бактерии (АОВ) не попадают в тесный контакт с шероховатой поверхностью внутренних стенок гидроциклона в конусе гидроциклона, так что эти бактерии в виде хлопьев не подвергаются воздействию абразивных сил и отводятся из гидроциклона по существу не поврежденными и подаются в аэрационный танк. При этом способность хлопьевидных бактерий к осаждению может поддерживаться по меньшей мере без ухудшения. Повреждение структуры хлопьев, напротив, ухудшило бы способность бактерий к осаждению таким образом, что требующиеся для деаммонификации осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ) выводились бы вместе с илистой водой из биологической системы, т.е. из аэрационного танка.

Посредством предложенного в изобретении способа и удаления органического и неорганического слоя на гранулах Planctomyceten, действующего как преграда для диффузии, удельная доля полученного азота (мг N/г сухого вещества) увеличивается в 4-6 раз.

Кроме того, на практике особенно предпочтительно, чтобы на активный ил в гидроциклоне воздействовали центробежные силы, которые в 30-180 раз больше, чем ускорение свободного падения. Если величина центробежных сил соответствует значениям такого порядка, и, в результате, скорость активного ила, в особенности, тяжелой фракции, увеличивается до высоких значений, слой на гранулах Planctomyceten удаляется почти полностью. При низких значениях скорости слой не удаляется или удаляется очень мало, а при более высоких значениях состоящие из отдельных бактерий гранулы или сами отдельные бактерии повреждаются.

Кроме того, предпочтительно, чтобы сепарированная в гидроциклоне относительно тяжелая фракция и относительно легкая фракция активного ила, соответственно, полностью снова возвращались в аэрационный танк. Посредством возврата обеспечивается, что введенный из аэрационного танка в гидроциклон активный ил полностью снова возвращается в тот же самый аэрационный танк, и тем самым, между бактериями различного типа (Anammox, АОВ) в аэрационном танке установки устанавливается равновесие.

Предпочтительная форма выполнения представленного способа достигается также за счет того, что во время сепарирования активного ила в гидроциклоне, содержащая, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии относительно тяжелая фракция контактирует с расположенной в коническом сегменте гидроциклона шероховатой поверхностью внутренних стенок и затем отводится из гидроциклона через его нижний выпуск, а содержащая, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ) относительно легкая фракция контактирует с расположенной в цилиндрическом сегменте гидроциклона гладкой поверхностью внутренних стенок и затем отводится из гидроциклона через его верхний выпуск. При этом абразивные силы воздействуют исключительно на гранулы Planctomyceten и, тем самым, удаляют органический или неорганический слой, в то время, как осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ) входят в контакт исключительно с гладкой поверхностью внутренних стенок цилиндрического сегмента. Таким образом, можно предотвратить повреждение представленных в виде хлопьев осуществляющих аэробное окисление аммония бактерий. Выбранная степень шероховатости поверхности внутренних стенок зависит от диаметра цилиндрического сегмента гидроциклона. Чем больше диаметр цилиндрического сегмента, тем больше должна быть выбранная степень шероховатости. Испытания показали, что поверхность зерна должна иметь размер до 100 мкм.

Другой, особенно предпочтительный вариант выполнения предложенного в изобретении способа обеспечивается посредством того, что после первого, предварительно заданного интервала времени, в течение которого активный ил вводится в гидроциклон, и в течение которого относительно тяжелая фракция и относительно легкая фракция сепарируются, и как тяжелая фракция, так и легкая фракция возвращаются в аэрационный танк, гидроциклон работает второй предварительно заданный интервал времени, в течение которого в гидроциклон из аэрационного танка вместо активного ила подается отведенный избыточный ил, причем избыточный ил сепарируется в гидроциклоне на относительно тяжелую фракцию и относительно легкую фракцию, и исключительно относительно тяжелая фракция возвращается в аэрационный танк, или улавливается, и подается в аэрационный танк второй установки, в то время как относительно легкая фракция удаляется.

В течение первого интервала времени содержащиеся в относительно тяжелой фракции гранулы Planctomyceten промываются, т.е. имеющийся на гранулах органический или неорганический слой по меньшей мере частично удаляется. Во время второго интервала времени, наоборот, посредством удаления легкой фракции и возврата тяжелой фракции в аэрационный танк установки медленно растущая группа осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox) накапливается в биологической системе, т.е. в аэрационном танке. Доля осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox) во время второго интервала времени может повышаться таким образом, что реакционный объем танка, соответственно, уменьшается, и стабильность процессов в установке возрастает.

В этом случае, который чаще всего имеет место на практике, установлено, что продолжительность первого интервала времени больше, чем продолжительность второго интервала времени. Как показывает практика, предпочтительно, чтобы продолжительность первого интервала времени была примерно в 1,5-4 раза больше продолжительности второго интервала времени. Особенно предпочтительно, чтобы в течение 70% всего времени работы гидроциклона вводился активный ил, а в течение 30% всего времени вводился избыточный ил. При этом продолжительность соответствующего интервала времени устанавливается в зависимости от количества, соответствующего размера гидроциклона и размера аэрационного танка, а также от количества получаемого азота.

В соответствии с изобретением, кроме того, предусмотрено, что в гидроциклон попеременно и непрерывно в течение первого интервала времени вводится активный ил, а в течение второго интервала времени вводится избыточный ил. Это означает, что после ввода избыточного ила во время второго интервала времени сразу начинается первый интервал времени, в течение которого в гидроциклон вводится активный ил.

Вторая задача, согласно изобретению, решается с помощью деаммонифицирующей установки согласно признакам, изложенным в пункте 8 формулы изобретения. Дополнительные варианты выполнения изобретения описываются в зависимых пунктах 9-15 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением, таким образом, предусмотрена деаммонифицирующая установка для очистки аммонийсодержащих сточных вод, в которой вводимый в гидроциклон ил представляет собой активный ил, при этом верхний выпуск гидроциклона для возврата сепарированной относительно легкой фракции, которая содержит, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ), соединен по текучей среде с аэрационным танком, и в которой по меньшей мере один гидроциклон содержит цилиндрический сегмент и конический сегмент, причем поверхность внутренних стенок конического сегмента по меньшей мере частично является шероховатой, и шероховатая поверхность внутренних стенок конического сегмента имеет большую степень шероховатости, чем поверхность внутренних стенок цилиндрического сегмента.

Посредством подобного рода конструкции гидроциклона и соединения по текучей среде гидроциклона с аэрационным танком обеспечивается улучшенная деаммонифицирующая установка для очистки аммонийсодержащих сточных вод. С помощью предложенной в изобретении установки имеющиеся на гранулах Planctomyceten органические и неорганические слои можно удалить бережно, и при этом особенно эффективно. Посредством удаления слоев, действующих как преграда для диффузии, превращение аммония и нитрита в элементарный азот с помощью Planctomyceten значительно облегчается.

Посредством того, что конический сегмент гидроциклона имеет более высокую степень шероховатости, чем цилиндрический сегмент, обеспечивается, что необходимые для удаления слоя абразивные силы подводятся исключительно к относительно тяжелой фракции. Поскольку относительно легкая фракция, вследствие меньшей плотности, выводится посредством направленного вверх внутреннего вихревого потока в гидроциклоне через верхний выпуск, относительно легкая фракция не попадает в непосредственный контакт с шероховатой поверхностью внутренних стенок гидроциклона. Таким образом, абразивные силы не подводятся к легкой фракции, так что содержащиеся в легкой фракции хлопьевидные бактерии (АОВ) не повреждаются. Это является большим преимуществом, поскольку, в особенности, эта фракция ила имеет гораздо худшие способности к осаждению. Повреждение могло бы привести к дальнейшему ухудшению способности к осаждению, в результате чего эти бактерии выводились бы из биологических систем, т.е. из аэрационного танка и больше не поступали для деаммонификации.

На практике особенно важно, чтобы поверхность внутренних стенок конических сегментов гидроциклона по меньшей мере на отдельных участках, имела шероховатость с зерном до 100 мкм. Если зерно имеет больший размер, представленные в системе осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии, а именно, гранулы Planctomyceten, повреждаются. При этом в отдельных случаях выбираемая шероховатость зависит, в частности, от выбранного диаметра гидроциклона. Чем больше диаметр цилиндрического сегмента гидроциклона, тем больше должна быть выбранная шероховатость.

Вариант выполнения изобретения предусматривает, что поверхность внутренних стенок конического сегмента имеет поверхностное покрытие с более высокой степенью шероховатости. При этом поверхностное покрытие и поверхность внутренних стенок конического сегмента могут быть выполнены в виде единого целого, либо поверхностное покрытие может быть соединено с поверхностью внутренних стенок конического сегмента неразъемным соединением, например, с помощью клея.

При этом особенно предпочтительно, чтобы гидроциклон состоял по меньшей мере частично из устойчивой к изменению формы пластмассы и/или поверхностного покрытия из оксида алюминия. Такой вариант выполнения гидроциклона обеспечивает возможность простого и воспроизводимого способа для изготовления гидроциклона. При этом гидроциклон может быть изготовлен посредством литья под давлением, причем образующий поверхностное покрытие оксид алюминия вводится в форму или наносится на стержень перед введением пластмассы. Затем, во время процесса охлаждения, оксид алюминия соединяется с поверхностью внутренних стенок гидроциклона, и образуется единый модуль. Посредством введения оксида алюминия в поверхность гидроциклона оксид алюминия прочно фиксируется на поверхности внутренних стенок. В зависимости от требуемой зернистости поверхностного покрытия можно менять либо количество, либо размер зерен оксида алюминия.

Особенно простая возможность достигается посредством того, что поверхностное покрытие выполняется в виде пленки или ткани. Затем их можно фиксировать с помощью неразъемного соединения на соответствующей поверхности гидроциклона.

Кроме того, в соответствии с изобретением предусмотрено, что более высокая степень шероховатости поверхности внутренних стенок конического сегмента достигается посредством механической и/или химической обработки. При этом шероховатость можно создать, таким образом, непосредственно на поверхности или в поверхности внутренних стенок гидроциклона.

Предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения предусматривает, что поверхность внутренних стенок цилиндрического сегмента выполнена гладкой. При этом при контакте с поверхностью внутренних стенок цилиндрического сегмента предотвращается повреждение осуществляющих аэробное окисление аммония бактерий.

Изобретение допускает различные варианты выполнения. Для дополнительного пояснения его принципа выполнения один из них представлен на чертежах и описан ниже.

Фиг.1 - установка для очистки аммонийсодержащих сточных вод в виде упрощенной схемы;

фиг.2 - соотношение потоков в изображенном на фиг.1 гидроциклоне в изометрической проекции;

фиг.3 - изображенный на фиг.1 гидроциклон, вид сбоку.

На фиг.1 показана деаммонифицирующая установка 1 для очистки аммонийсодержащих сточных вод 2. Установка 1 может быть выполнена в виде последовательно-циклической установки, в виде обычной очистной установки с вторичной очисткой, или также в виде так называемой мембранной установки с мембраной для возврата биомассы. Установка 1 содержит по меньшей мере один аэрационный танк 3, в котором сточные воды 2 смешиваются с суспендированной биомассой, т.е. с активным илом, и проводятся в интенсивный контакт.

С помощью насоса 4 активный ил, состоящий из смеси ила и воды, подается из аэрационного танка 3 в гидроциклон 5 (направление указано стрелкой 6). Гидроциклон 5 содержит цилиндрический сегмент 7 и конический сегмент 8. Цилиндрический сегмент 7 имеет диаметр от 50 мм до 250 мм. С помощью насоса 4 в гидроциклоне 5 создается заданное давление, которое, в зависимости от диаметра цилиндрического сегмента 7 гидроциклона 5, составляет от 1,1 бар до 2,1 бар. Через впуск 9 в цилиндрическом сегменте 7 активный ил вводится в гидроциклон 5 и в нем сепарируется на относительно тяжелую фракцию, которая содержит, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox), в частности, гранулы Planctomyceten, и на относительно легкую фракцию, которая содержит, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии (АОВ), в частности, Nitrosomonas. Относительно тяжелая фракция отводится из гидроциклона 5 через конический сегмент 8, и через нижний выпуск 10 возвращается в аэрационный танк 3 (направление указано стрелкой 11). Относительно легкая фракция также возвращается в аэрационный танк 3 через верхний выпуск 12 гидроциклона 5 (направление указано стрелкой 13). Таким образом, весь активный ил, введенный из аэрационного танка 3 в гидроциклон 5, снова возвращается в тот же самый аэрационный танк 3, только разделенный на относительно тяжелую фракцию и относительно легкую фракцию. При этом относительно тяжелая фракция составляет примерно 80%, а относительно легкая фракция примерно 20% введенного во впуск 9 гидроциклона 5 объема активного ила.

На фиг.2 наглядно показано соотношение потоков в изображенном на фиг.1 гидроциклоне 5, а на фиг.3 показан гидроциклон 5 в виде сбоку. Активный ил из аэрационного танка 3 вводится через впуск 9 тангенциально в цилиндрический сегмент 7 гидроциклона 5. При этом активный ил движется по круговой траектории и протекает вниз в направленном вниз внешнем вихревом потоке 14. Посредством сужения в коническом сегменте 8 гидроциклона 5 происходит вытеснение объема внутрь и образование напора в нижней зоне конического сегмента 8, что приводит к образованию направленного вверх внутреннего вихревого потока 15, который выводится через верхний выпуск 12 гидроциклона 5. Относительно тяжелая фракция осаждается на поверхности внутренних стенок 16 гидроциклона 5 и отводится из гидроциклона 5 через нижний выпуск 10, в то время как относительно легкая фракция отводится из гидроциклона 5 через верхний выпуск 12. В изображенном гидроциклоне активный ил испытывает воздействие центробежных сил, которые в 30-180 раз больше ускорения свободного падения.

Обращенная во внутреннее пространство 17 гидроциклона 5 поверхность внутренних стенок 16 конического сегмента 8 имеет шероховатое поверхностное покрытие 18, степень шероховатости которого больше, чем также направленная во внутреннее пространство 17 гидроциклона 5 поверхность 19 внутренних стенок цилиндрического сегмента 7. Поверхностное покрытие 18 имеет зернистость до 100 мкм и выполнено, например, с помощью оксида алюминия, который соединен в виде единого целого с синтетическим материалом гидроциклона 5. Выбранная степень шероховатости поверхностного покрытия 18 зависит от диаметра выбранного гидроциклона 5. Чем больше диаметр цилиндрического сегмента 7, тем больше должна быть шероховатость поверхностного покрытия 18.

При деаммонификации аммонийсодержащих сточных вод 2 в аэрационном танке 3 установки 1 аммоний, прежде всего, преобразуется в нитрит с помощью осуществляющих аэробное окисление аммония бактерий (АОВ). Затем с помощью осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox), в частности, с помощью Planctomyceten, аммоний и нитрит преобразуются в элементарный азот. При этом Planctomyceten представляют собой составленные из нескольких отдельных бактерий гранулы, которые, в отличие от представленных в виде хлопьев осуществляющих аэробное окисление аммония бактерий (АОВ) имеют значительно большую плотность. Имеющийся в аэрационном танке 3 активный ил, таким образом, тангенциально вводится в гидроциклон 5 через впуск 9. Затем в гидроциклоне 5 активный ил в результате действия центробежных сил сепарируется на относительно тяжелую фракцию, которая содержит имеющие большую плотность осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (гранулы Planctomyceten), и относительно легкую фракцию, которая содержит, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония (хлопьевидные) бактерии. Посредством контакта и относительного движения между быстро движущимися осуществляющими анаэробное окисление аммония бактериями (Anammox) в относительно тяжелой фракции и неподвижной шероховатой поверхностью 16 внутренних стенок гидроциклона 5 по меньшей мере частично удаляется расположенный на гранулах Planctomyceten органический и неорганический слой, прежде чем тяжелая фракция будет отведена из гидроциклона 5 через нижний выпуск 10. Относительно легкая фракция, наоборот, отводится из гидроциклона 5 (показан стрелкой 20 в виде пунктирной линии на фиг.3) без какого-либо контакта с шероховатой поверхностью 16 внутренних стенок в коническом сегменте 8 с помощью возникающего внутреннего вихревого потока 15 через верхний выпуск 12. Как относительно тяжелая фракция, так и относительно легкая фракция активного ила после сепарирования в гидроциклоне 5 снова полностью возвращаются в аэрационный танк 3.

Абразивные силы, т.е. абразивный эффект можно оптимально регулировать посредством комбинирования размера гидроциклона 5, в частности, диаметра цилиндрического сегмента 7, шероховатости поверхности 16 внутренних стенок в коническом сегменте 8 и продолжительности работы гидроциклона 5 вместе с размером биологической системы, т.е. объемом аэрационного танка 3.

Claims

1. Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод (2) в деаммонифицирующей установке (1), содержащей по меньшей мере один аэрационный танк (3), в котором сначала с помощью осуществляющих аэробное окисление бактерий (АОВ) аммоний преобразуется в нитрит, а затем с помощью осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий (Anammox), в частности с помощью Planctomyceten, аммоний и нитрит преобразуются в элементарный азот и в котором ил из аэрационного танка (3) подается в гидроциклон (5) и в нем сепарируется на относительно тяжелую фракцию, которая содержит, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox), и на относительно легкую фракцию, причем относительно тяжелую фракцию возвращают в аэрационный танк (3), отличающийся тем, что активный ил из аэрационного танка (3) по меньшей мере периодически вводят в гидроциклон (5), и тем, что после сепарирования активного ила в гидроциклоне (5) как относительно тяжелую фракцию, так и относительно легкую фракцию, которая содержит, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии, снова возвращают по меньшей мере в один аэрационный танк (3) установки (1), причем во время сепарирования активного ила в гидроциклоне (5) осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox), имеющие, в отличие от осуществляющих аэробное окисление аммония бактерий, более высокую плотность, посредством центробежных сил и сил течения в гидроциклоне осаждаются на шероховатой поверхности внутренних стенок гидроциклона (5), и посредством относительного движения между быстро движущимися осуществляющими анаэробное окисление аммония бактериями (Anammox) и неподвижной шероховатой поверхностью (16) внутренних стенок гидроциклона (5) образуются абразивные силы, с помощью которых органический или неорганический слой, имеющийся на осуществляющих анаэробное окисление аммония бактериях (Anammox), в частности на гранулах Planctomyceten, по меньшей мере частично удаляется.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сепарированные в гидроциклоне (5) относительно тяжелую фракцию и относительно легкую фракцию активного ила, соответственно, полностью снова возвращают в тот же самый аэрационный танк (3).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время сепарирования активного ила в гидроциклоне (5) содержащая, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии относительно тяжелая фракция контактирует с расположенной в коническом сегменте (8) гидроциклона шероховатой поверхностью (16) внутренних стенок и затем отводится из гидроциклона (5) через его нижний выпуск (10), а содержащая, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии относительно легкая фракция контактирует с расположенной в цилиндрическом сегменте (7) гидроциклона (5) гладкой поверхностью (19) внутренних стенок и затем отводится из гидроциклона (5) через его верхний выпуск (12).

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что во время сепарирования активного ила в гидроциклоне (5) содержащая, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии относительно тяжелая фракция контактирует с расположенной в коническом сегменте (8) гидроциклона шероховатой поверхностью (16) внутренних стенок и затем отводится из гидроциклона (5) через его нижний выпуск (10), а содержащая, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии относительно легкая фракция контактирует с расположенной в цилиндрическом сегменте (7) гидроциклона (5) гладкой поверхностью (19) внутренних стенок и затем отводится из гидроциклона (5) через его верхний выпуск (12).

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что после первого предварительно заданного интервала времени, в течение которого активный ил вводится в гидроциклон (5) и сепарируется на относительно тяжелую фракцию и относительно легкую фракцию и как тяжелую фракцию, так и легкую фракцию возвращают в аэрационный танк (3), гидроциклон (5) работает второй предварительно заданный интервал времени, в течение которого в гидроциклон (5) из аэрационного танка (3) вместо активного ила подают отведенный избыточный ил, причем избыточный ил сепарируется в гидроциклоне (5) на относительно тяжелую фракцию и относительно легкую фракцию, и исключительно относительно тяжелую фракцию возвращают в аэрационный танк (3) или улавливают и подают в аэрационный танк второй установки, в то время как относительно легкую фракцию удаляют.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что продолжительность первого интервала времени больше, чем продолжительность второго интервала времени.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что продолжительность первого интервала времени в 1,5-4 раза больше продолжительности второго интервала времени.

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в гидроциклон (5) попеременно и непрерывно в течение первого интервала времени вводится активный ил, а в течение второго интервала времени вводится избыточный ил.

9. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что в гидроциклон (5) попеременно и непрерывно в течение первого интервала времени вводится активный ил, а в течение второго интервала времени вводится избыточный ил.

10. Деаммонифицирующая установка (1) для очистки аммонийсодержащих сточных вод (2), содержащая по меньшей мере один аэрационный танк (3) и по меньшей мере один гидроциклон (5) для сепарирования ила из аэрационного танка (3) на относительно тяжелую фракцию, которая содержит, главным образом, осуществляющие анаэробное окисление аммония бактерии (Anammox), и на относительно легкую фракцию, причем гидроциклон (5) содержит соединенный по текучей среде с аэрационным танком (3) впуск (9) для введения ила, соединенный по текучей среде с аэрационным танком нижний выпуск (10) для возврата сепарированной относительно тяжелой фракции в аэрационный танк (3) и верхний выпуск (12) для отвода сепарированной относительно легкой фракции из гидроциклона (5), отличающаяся тем, что вводимый в гидроциклон (5) ил представляет собой активный ил, верхний выпуск (12) гидроциклона (5) для возврата сепарированной относительно легкой фракции, которая содержит, главным образом, осуществляющие аэробное окисление аммония бактерии, в аэрационный танк (3) соединен по текучей среде с аэрационным танком (3) и что по меньшей мере один гидроциклон (5) содержит цилиндрический сегмент (7) и конический сегмент (8), причем поверхность (16) внутренних стенок конического сегмента (8) по меньшей мере на отдельных участках является шероховатой и шероховатая поверхность (16) внутренних стенок конического сегмента (8) имеет большую степень шероховатости, чем поверхность (19) внутренних стенок цилиндрического сегмента (7).

11. Установка (1) по п. 10, отличающаяся тем, что поверхность (16) внутренних стенок конического сегмента (8) гидроциклона (5) по меньшей мере на отдельных участках имеет шероховатость с зерном до 100 мкм.

12. Установка (1) по п. 10, отличающаяся тем, что поверхность (16) внутренних стенок конического сегмента (8) имеет поверхностное покрытие (18), имеющее шероховатость более высокой степени.

13. Установка (1) по п. 11, отличающаяся тем, что поверхность (16) внутренних стенок конического сегмента (8) имеет поверхностное покрытие (18), имеющее шероховатость более высокой степени.

14. Установка (1) по п. 12 или 13, отличающаяся тем, что поверхностное покрытие (18) и поверхность (16) внутренних стенок конического сегмента (8) выполнены в виде единого целого.

15. Установка (1) по п. 12 или 13, отличающаяся тем, что поверхностное покрытие (18) соединено с поверхностью (16) внутренних стенок конического сегмента (8) с помощью неразъемного соединения.

16. Установка (1) по п. 12 или 13, отличающаяся тем, что гидроциклон (5) по меньшей мере частично состоит из устойчивой к изменению формы пластмассы и/или поверхностного покрытия (18) из оксида алюминия.

17. Установка (1) по п. 14, отличающаяся тем, что гидроциклон (5) по меньшей мере частично состоит из устойчивой к изменению формы пластмассы и/или поверхностного покрытия (18) из оксида алюминия.

18. Установка (1) по п. 15, отличающаяся тем, что гидроциклон (5) по меньшей мере частично состоит из устойчивой к изменению формы пластмассы и/или поверхностного покрытия (18) из оксида алюминия.

19. Установка (1) по любому из пп. 12, 13 или 17, отличающаяся тем, что поверхностное покрытие (18) выполнено в виде пленки или ткани.

20. Установка (1) по п. 14, отличающаяся тем, что поверхностное покрытие (18) выполнено в виде пленки или ткани.

21. Установка (1) по п. 15, отличающаяся тем, что поверхностное покрытие (18) выполнено в виде пленки или ткани.

22. Установка (1) по п. 16, отличающаяся тем, что поверхностное покрытие (18) выполнено в виде пленки или ткани.

23. Установка (1) по любому из пп. 10-13, 17, 18, 20, 21, отличающаяся тем, что более высокая степень шероховатости поверхности (16) внутренних стенок конического сегмента (8) достигнута посредством механической и/или химической обработки.

24. Установка (1) по п. 14, отличающаяся тем, что более высокая степень шероховатости поверхности (16) внутренних стенок конического сегмента (8) достигнута посредством механической и/или химической обработки.

25. Установка (1) по п. 15, отличающаяся тем, что более высокая степень шероховатости поверхности (16) внутренних стенок конического сегмента (8) достигнута посредством механической и/или химической обработки.

26. Установка (1) по п. 16, отличающаяся тем, что более высокая степень шероховатости поверхности (16) внутренних стенок конического сегмента (8) достигнута посредством механической и/или химической обработки.

27. Установка (1) по п. 19, отличающаяся тем, что более высокая степень шероховатости поверхности (16) внутренних стенок конического сегмента (8) достигнута посредством механической и/или химической обработки.

28. Установка (1) по любому из пп. 10-13, 17, 18, 20, 21, 22, 24, 25, 26, отличающаяся тем, что поверхность (19) внутренних стенок цилиндрического сегмента (7) выполнена гладкой.

29. Установка (1) по п. 14, отличающаяся тем, что поверхность (19) внутренних стенок цилиндрического сегмента (7) выполнена гладкой.

30. Установка (1) по п. 15, отличающаяся тем, что поверхность (19) внутренних стенок цилиндрического сегмента (7) выполнена гладкой.

31. Установка (1) по п. 16, отличающаяся тем, что поверхность (19) внутренних стенок цилиндрического сегмента (7) выполнена гладкой.

32. Установка (1) по п. 19, отличающаяся тем, что поверхность (19) внутренних стенок цилиндрического сегмента (7) выполнена гладкой.

33. Установка (1) по п. 23, отличающаяся тем, что поверхность (19) внутренних стенок цилиндрического сегмента (7) выполнена гладкой.