RU2644904C1

RU2644904C1 - Method of biological purification of wastewater from nitrogen phosphoric and organic compounds

Info

Publication number: RU2644904C1
Application number: RU2017108545A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Марков; Павел Геннадьевич Попов
Original assignee: Николай Борисович Марков; Павел Геннадьевич Попов
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-02-14

Abstract

FIELD: water purification technology.

SUBSTANCE: invention can be used in agriculture, in industrial and civil enterprises. Method includes purification of waste water from mechanical impurities, uniform discharge of the treated wastewater for anaerobic, anoxic and aerobic-anoxidic biological purification by activated sludge, circulation of the sludge mixture through membrane modules with simultaneous draining the filtrate through the pores of the membranes, periodic washing of the inner surface and pores of the membranes from activated sludge particles and contaminants, additional post-cleaning, collection, disinfection and transportation of the biologically treated wastewater to the point of its discharge with a constant withdrawal of activated sludge from the bioreactor followed by its dehydration in the dewatering unit. When the sludge mixture is circulating, the activated sludge concentration is formed from 2 to 20 g/l. Draining the treated wastewater from the activated sludge is performed through the pores of the horizontal membrane modules in the turbulent mode of the flow circulation of the activated sludge or the vertical membrane modules in the laminar mode of the airlift circulation of the activated sludge during the periodic washing of the inner surface and pores of the membranes. Activated sludge from the aerobic zone of the bioreactor is withdrawn and fed to the dewatering unit for its hydration.

EFFECT: method ensures an increase in the productivity of the bioreactor and the production of treated wastewater with a quality corresponding to the norms of discharging into fisheries or secondary use agricultural reservoirs.

8 cl, 2 dwg, 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и более конкретно к новому способу очистки бытовых, коммунальных и поддающихся биологическому разложению промышленных сточных вод. Более конкретно изобретение относится к биологической очистке сточных вод на биореакторе мембранного типа с целью достижения параметров биологически очищенной сточной воды, соответствующей нормам сброса, в т.ч. в водоемы рыбохозяйственного назначения, а при дополнительной реагентной обработке и доочистке обеспечивается вторичное использование биологически очищенных сточных вод в сельском хозяйстве, предприятиях промышленного и гражданского назначения.The invention relates to the biological treatment of wastewater, and more particularly, to a new method for treating domestic, municipal and biodegradable industrial wastewater. More specifically, the invention relates to the biological treatment of wastewater on a membrane-type bioreactor in order to achieve parameters of biologically treated wastewater that meets discharge standards, including into reservoirs of fishery purpose, and with additional reagent treatment and post-treatment, the secondary use of biologically treated wastewater is provided in agriculture, industrial and civil enterprises.

Известен способ для биологической очистки сточных вод от органических веществ, твердых взвесей и других загрязнений. Способ осуществляют путем аэрации перемешанной жидкости с целью уменьшения размеров частиц взвешенных твердых материалов в смешанной жидкости с созданием потока жидкости в смешанной жидкости и несущей структуре биопленки с выращиванием биомассы на стенках несущей структуры биомассы, которая разлагает мелкие частицы органического вещества и растворенные органические вещества при дальнейшей обработке очищенной воды /1/.A known method for the biological treatment of wastewater from organic substances, particulate matter and other contaminants. The method is carried out by aeration of a mixed liquid in order to reduce the particle size of suspended solid materials in a mixed liquid with the creation of a liquid flow in the mixed liquid and the biofilm supporting structure with growing biomass on the walls of the biomass supporting structure, which decomposes small particles of organic matter and dissolved organic substances during further processing purified water / 1 /.

Способ заключается в том, что биопленка размещена на несущей структуре, которая является стационарной и погружена в жидкость. Устройства для осуществления способа состоят из камеры предварительной очистки и соединенной с ней биопленочно-аэрационной камерой, в которой размещены стационарная несущая структура с растущей на ней биопленкой и аэратор. Аэратор может быть выполнен в виде аспиратора, или насоса Вентури, или трубы с винтом на конце, а биопленочно-аэрационная камера снабжена измельчителем, который выполнен в виде аспиратора. Сочетание аэрации с измельчителем обеспечивает циркуляцию жидкости в биопленочно-аэрационной камере. Полученные очищенные стоки имеют высокую концентрацию растворенного кислорода при низком значении БПК и концентрации твердых взвесей.The method consists in the fact that the biofilm is placed on a supporting structure that is stationary and immersed in a liquid. Devices for implementing the method consist of a preliminary cleaning chamber and a biofilm-aeration chamber connected to it, in which a stationary supporting structure with a biofilm growing on it and an aerator are placed. The aerator can be made in the form of an aspirator, or a Venturi pump, or a pipe with a screw on the end, and the biofilm-aeration chamber is equipped with a grinder, which is made in the form of an aspirator. The combination of aeration with a grinder provides fluid circulation in the biofilm aeration chamber. The resulting treated effluents have a high concentration of dissolved oxygen with a low value of BOD and the concentration of solid suspensions.

Однако этот способ биологической очистки сточных вод имеет существенное ограничение ввиду того, что увеличивается количество биомассы, которая может войти в контакт с подлежащей очистке текучей средой, засоряющей биомассу и снижающую скорость ее роста. Кроме того, образуется минерализованная биомасса в форме какого-либо осадка, который позже требуется удалить и который, в большем или меньшем количестве, покидает установку в составе биологически очищенных сточных вод, поэтому происходит повышение БПК и концентрации твердой взвеси в биологически очищенных сточных водах на выходе из установки.However, this method of biological wastewater treatment has a significant limitation due to the fact that the amount of biomass that can come into contact with the fluid to be treated, which clogs the biomass and reduces its growth rate, increases. In addition, a mineralized biomass is formed in the form of some kind of sediment that needs to be removed later and which, in greater or lesser amount, leaves the unit as part of biologically treated wastewater, therefore, there is an increase in BOD and the concentration of solid suspended matter in biologically treated wastewater at the outlet from the installation.

Также известен способ биологической очистки сточных вод от органических, азот и фосфорсодержащих соединений. Этот процесс включает введение сточных вод в бескислородную зону, имеющей активный ил и перемешивание сточных вод с активным илом в бескислородной зоне с образованием смешанных потоков. Смешанная жидкость вытекает из бескислородной зоны в одну или несколько дополнительных зон обработки и из них в зону обработки на мембранных фильтрах, в которых фильтрат отделяется от осадка, который утилизируется, а по крайней мере часть отделенного ила возвращается в бескислородные зоны для дальнейшей переработки сточных вод активным илом. Процесс может использовать несколько реакторов с возможностью поддерживать различные микроорганизмы в различных соотношениях и концентрацию растворенного кислорода в каждом реакторе. Бескислородные зоны могут включать в себя смесители для смешивания активного ила со сточной водой с целью одновременной нитрификации и денитрификации. Мембранный фильтр может включать в себя один или несколько мембранных модулей, каждый из которых содержит множество пористых мембран, расположенных в непосредственной близости друг к другу. Мембранный модуль расположен внутри бака так, должны быть погруженным в ил и мембранный модуль снабжен средствами для снятия фильтрата. Содержание растворенного кислорода в переработанном иле находится в диапазоне от приблизительно 4 мг/л до примерно 8 мг/л, а дефицит кислорода поддерживается в первой бескислородной зоне. Введение кислорода в мембранный биореактор образует активный ил с растворенным кислородом на уровне 4-8 мг/л, а для смешивания сточных вод с активным илом используется комбинация аэрационных устройств и механических смесителей /2/.Also known is a method of biological wastewater treatment from organic, nitrogen and phosphorus compounds. This process involves introducing wastewater into an oxygen-free zone having activated sludge and mixing wastewater with activated sludge in an oxygen-free zone to form mixed flows. The mixed liquid flows from the oxygen-free zone to one or more additional treatment zones and from them to the treatment zone on membrane filters, in which the filtrate is separated from the sludge that is disposed of, and at least part of the separated sludge is returned to the oxygen-free zones for further wastewater treatment by active silt. The process can use several reactors with the ability to support different microorganisms in different ratios and the concentration of dissolved oxygen in each reactor. Oxygen-free zones may include mixers for mixing activated sludge with wastewater to simultaneously nitrify and denitrify. The membrane filter may include one or more membrane modules, each of which contains many porous membranes located in close proximity to each other. The membrane module is located inside the tank so it must be immersed in the sludge and the membrane module is equipped with means for removing the filtrate. The dissolved oxygen content in the treated sludge ranges from about 4 mg / L to about 8 mg / L, and an oxygen deficiency is maintained in the first oxygen-free zone. The introduction of oxygen into the membrane bioreactor forms activated sludge with dissolved oxygen at the level of 4-8 mg / l, and a combination of aeration devices and mechanical mixers is used to mix wastewater with activated sludge / 2 /.

При биологической очистке сточных вод с мембранной сепарацией очищенной воды и активного ила согласно этому способу наблюдается повышение концентрации активного ила и других веществ в пограничном слое у наружной поверхности погружной мембраны. Это явление, с одной стороны, способствует интенсификации биологической очистки, а с другой, значительно уменьшает производительность мембранных модулей вследствие снижения движущей силы процесса, способствует биологическому обрастанию поверхности мембраны, которое может деструктурировать ее поверхность и привести к коллапсированию полых волокон мембраны, поэтому необходимы частые периодические регенерации мембраны. Все это в итоге снижает производительность и интенсивность процессов очистки воды в биологических очистных сооружениях с ультрафильтрационной сепарацией посредством половолоконных мембран погружного типа.In biological wastewater treatment with membrane separation of purified water and activated sludge according to this method, an increase in the concentration of activated sludge and other substances in the boundary layer at the outer surface of the immersion membrane is observed. This phenomenon, on the one hand, contributes to the intensification of biological treatment, and on the other hand, significantly reduces the productivity of membrane modules due to a decrease in the driving force of the process, promotes biological fouling of the membrane surface, which can destruct its surface and lead to collapse of the hollow fibers of the membrane, therefore, frequent periodic membrane regeneration. All this ultimately reduces the productivity and intensity of water purification processes in biological treatment plants with ultrafiltration separation by means of submersible hollow fiber membranes.

Наиболее близким к заявляемому способу по максимальному количеству сходных признаков является способ биологической очистки сточных вод, в частности сточных промышленных вод, включающий этап аэробной очистки сточной воды с помощью активного ила в резервуаре с активным илом, последующее осветление смеси активного ила со сточной водой, обезвоживание смеси активного ила со сточной водой, возврат части активного ила в резервуар с активным илом /3/.Closest to the claimed method according to the maximum number of similar features is a method of biological wastewater treatment, in particular industrial wastewater, including the step of aerobic wastewater treatment with activated sludge in an activated sludge tank, subsequent clarification of the activated sludge mixture with wastewater, dehydration of the mixture activated sludge with wastewater, the return of part of the activated sludge to the tank with activated sludge / 3 /.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится то, что в известном способе из-за градиента концентрации, имеющего место в прямоугольном отстойнике, затраты на управление технологическим процессом в известном устройстве и по известному способу относительно высоки, а показатели качества биологически очищенной сточной воды нестабильны во времени и не соответствуют нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения, в основном по содержанию нитратов, нитритов, а особенно - фосфора, и не могут быть востребованы для вторичного использования.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the prototype include the fact that in the known method, due to the concentration gradient occurring in the rectangular sump, the costs of controlling the technological process in the known device and in the known method are relatively high, and the quality indicators biologically treated wastewater is unstable in time and does not comply with the norms of discharge into reservoirs of fishery purposes, mainly in the content of nitrates, nitrites, and Aubin - phosphorus, and can not be reclaimed for reuse.

В основу изобретения положена задача создания способа биологической очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений, лишенного вышеизложенных недостатков и в котором с помощью мембранных модулей, работающих совместно с биореактором, обеспечивается получение биологически очищенных сточных вод с показателями качества, соответствующих нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного значения, а при дополнительной реагентной обработке и доочистке обеспечивается вторичное использование биологически очищенных сточных вод в сельском хозяйстве, предприятиях промышленного и гражданского назначения.The basis of the invention is the creation of a method for the biological treatment of wastewater from nitrogen-phosphorus and organic compounds, devoid of the above disadvantages and in which using membrane modules working in conjunction with a bioreactor, it is possible to obtain biologically treated wastewater with quality indicators corresponding to the standards of discharge into water bodies fishery value, and with additional reagent treatment and post-treatment, the secondary use of biologically treated wastewater is provided in agriculture, industrial and civil enterprises.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе биологической очистки сточных вод, включающий подачу потоков сточных вод, очищенных от механических примесей, в резервуар для выравнивания колебаний расходов, равномерный вывод из резервуара обработанных сточных вод для последовательной анаэробной, аноксидной и аэробно-аноксидной стадий биологической очистки активным илом в биореакторе, циркуляцию активного ила через мембранные модули биореактора при одновременном отводе очищенной сточной воды (пермеата, фильтрата) через поры мембран, периодическую отмывку внутренней поверхности и пор мембран от частиц активного ила и загрязнений, дополнительную фильтрационно-реагентную обработку биологически очищенной сточной воды для снижения в ней концентрации соединений фосфора, сбор, обеззараживание и транспортировку биологически очищенной сточной воды до места ее сброса, постоянный отвод активного ила из биореактора с последующей его дегидратацией в обезвоживающем агрегате, заключающемся в том, что после подачи очищенных от механических примесей потоков сточных вод в резервуар для выравнивания колебаний расходов и равномерного вывода из резервуара сточных вод для последовательной анаэробной, аноксидной и аэробно-аноксидной стадий биологической очистки активным илом в биореакторе, сточные воды подаются в биореактор с постоянным уровнем циркулирующего через мембранные модули активного ила для формирования его концентрации сухого вещества 2-20 г/л и очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений, при этом отвод очищенных сточных вод от активного ила на этапе циркуляции активного ила через половолоконные мембранные модули биореактора при одновременном отводе очищенной сточной воды (пермеата, фильтрата) через поры горизонтальных мембранных модулей в турбулентном режиме проточной циркуляции активного ила или вертикальных мембранных модулей в ламинарном режиме эрлифтной циркуляции активного ила, установленных за пределами аэробно-аноксидной зоны биореактора, а периодическая отмывка внутренней поверхности и пор мембран осуществляется, если падение давления ΔP_CF на проточном мембранном модуле в 1,1-1,2 раза превышает произведение длины L_o горизонтального мембранного модуля на поверхностную скорость иловой смеси V или если падение давления ΔP_AL на эрлифтном мембранном модуле в 3,6-3,8 раз превышает произведение длины L_o вертикального мембранного модуля на поверхностную скорость иловой смеси V, возведенную в степень 1,75. При совместной подаче потоков аммоний-, фосфор- и нитратосодержащих сточных вод на стадию анаэробной обработки, денитрификацию ведут в первой аноксидной зоне биореактора при концентрации растворенного кислорода менее 0,5 мг/л и рН на уровне 7,4-7,6, а последующую нитрификацию ведут на стадии аэробной обработки при концентрации растворенного кислорода в начале аэробной зоны на уровне 2-5 мг/л с формированием в конце аэробной зоны второй аноксидной зоны биореактора с концентрацией растворенного кислорода менее 0,5 мг/л и рН на уровне 7,8-8,0 перед подачей на циркуляцию активного ила через мембранные модули биореактора при одновременном отводе очищенной сточной воды (пермеата, фильтрата) через поры мембран, для чего нитратосодержащий поток и активный ил рециркулируют с аэробной стадии на анаэробную, при этом количественное соотношение рециркулируемого нитратсодержащего потока к общему потоку сточных вод поддерживают в пропорции от 2:1 до 4:1. Очищенные сточные воды в качестве фильтруемой среды на этапе дополнительной фильтрационно-реагентной обработки подаются в трехслойный напорный фильтр или дополнительные мембранные модули. При этом активный ил с концентрацией сухого вещества около 2-12, предпочтительно 3-7,5, более предпочтительно 4-6 г/л, отводится из аэробной зоны биореактора и подается в обезвоживающий агрегат для его гидратации. Стоки от обезвоживающего агрегата возвращаются в резервуар для выравнивания колебаний расходов сточных вод. Обезвоживание отведенного активного ила происходит посредством шнекового транспортера при постоянном потоке активного ила и водных растворов флокулянта и коагулянта.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of biological wastewater treatment, including the supply of wastewater streams, purified from mechanical impurities, into the tank for balancing flow fluctuations, uniform output from the treated wastewater tank for the sequential anaerobic, anoxic and aerobic-anoxic stages of the biological treatment with activated sludge in the bioreactor, circulation of activated sludge through the membrane modules of the bioreactor while simultaneously discharging purified wastewater (permeate, filtrate) h pores of membranes, periodic washing of the inner surface and pores of membranes from activated sludge particles and contaminants, additional filtration-reagent treatment of biologically treated wastewater to reduce the concentration of phosphorus compounds in it, collection, disinfection and transportation of biologically purified wastewater to the place of its discharge, constant removal of activated sludge from the bioreactor, followed by its dehydration in a dewatering unit, which consists in the fact that after the supply of purified flows from mechanical impurities sewage into the reservoir for balancing flow fluctuations and uniform withdrawal of wastewater from the reservoir for the sequential anaerobic, anoxide and aerobic-anoxide stages of biological treatment with activated sludge in the bioreactor, wastewater is fed into the bioreactor with a constant level of activated sludge circulating through the membrane modules to form its concentration dry matter 2-20 g / l and wastewater treatment from nitrogen-phosphorus and organic compounds, while the treatment of wastewater from activated sludge at the circulation stage a activated sludge through hollow fiber membrane modules of the bioreactor while simultaneously discharging purified wastewater (permeate, filtrate) through the pores of horizontal membrane modules in a turbulent mode of flowing circulation of activated sludge or vertical membrane modules in the laminar mode of airlift circulation of activated sludge installed outside the aerobic-anoxide zone of the bioreactor and periodic washing of the inner surface and pore membranes made if ΔP _CF pressure drop across the membrane module in flow 1.1-1.2 pa exceeds a product of length L _o to the horizontal membrane module sludge mixture superficial velocity V ΔP _AL or if the pressure drop across the membrane module in airlift 3.6-3.8 times the product of the length L _o in the vertical membrane module sludge mixture superficial velocity V, erected to the degree of 1.75. When the flow of ammonium, phosphorus and nitrate-containing wastewater is simultaneously supplied to the anaerobic treatment stage, denitrification is carried out in the first anoxide zone of the bioreactor with a dissolved oxygen concentration of less than 0.5 mg / l and a pH of 7.4-7.6, and the subsequent nitrification is carried out at the stage of aerobic treatment at a concentration of dissolved oxygen at the beginning of the aerobic zone at a level of 2-5 mg / l with the formation of a second bioreactor at the end of the aerobic zone of a bioreactor with a dissolved oxygen concentration of less than 0.5 mg / l and a pH of 7.8 -8.0 before n giving circulation of activated sludge through the membrane modules of the bioreactor while simultaneously discharging purified wastewater (permeate, filtrate) through the pores of the membranes, for which the nitrate-containing stream and activated sludge are recycled from the aerobic stage to anaerobic, while the quantitative ratio of the recirculated nitrate-containing stream to the total waste water stream support in a ratio of 2: 1 to 4: 1. The treated wastewater as a filtered medium at the stage of additional filtration-reagent treatment is fed into a three-layer pressure filter or additional membrane modules. In this case, activated sludge with a dry matter concentration of about 2-12, preferably 3-7.5, more preferably 4-6 g / l, is discharged from the aerobic zone of the bioreactor and fed to a dehydration unit for hydration. Sewage from the dewatering unit is returned to the tank to equalize fluctuations in wastewater flow. The dehydrated activated sludge is dehydrated by means of a screw conveyor with a constant flow of activated sludge and aqueous solutions of flocculant and coagulant.

Благодаря введению в известный способ совокупности существенных отличительных признаков способ биологической очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений ввиду использования биореактора, совмещенного с мембранными модулями, происходит совмещение процессов микрофильтрации и ультрафильтрации, а также процесса биологической очистки сточных вод. За счет этого повышается эффективность биологической очистки сточных вод по сравнению с традиционным аэротенком. В результате отделения твердых и коллоидных частиц на мембранных модулях концентрация активного ила в биоректоре мембранного типа повышается, что способствует глубокой биологической очистке стоков и обеспечивает значительное уменьшение объема зон биореактора. Осуществляется интенсивная циркуляция иловой смеси через мембранные модули, что дает возможность эффективно управлять процессом мембранного фильтрования, поддерживает частицы активного ила во взвешенном состоянии и замедляет процесс зарастания пор мембран. Биореактор мембранного типа работает в условиях высокой концентрации биомассы (до 20 г/л против 2-3 г/л в обычном аэротенке), вынужденной расходовать свою энергию на поддержание жизнедеятельности, что приводит к снижению прироста, поэтому количество избыточного активного ила в биореакторе мембранного типа на 20-50% меньше по сравнению с классической технологией. За счет увеличения концентрации активного ила в биореакторе мембранного типа в несколько раз повышается производительность очистных сооружений. Благодаря отсутствию вторичного отстойника, который необходим как ступень очистки в классических системах, биореактор мембранного типа в разы компактнее традиционных систем очистки, а занимаемая площадь уменьшается на 20-60%. Снижаются как материалоемкость, так и габаритные размеры емкостного оборудования очистных сооружений. Биореактор мембранного типа обеспечивает устойчивость технологического процесса очистки при сильных колебаниях объемов поступающих сточных вод и залповых нагрузках очистных сооружений по количеству биогенных загрязнений (БПК, ХПК, аммоний, фосфаты, нефтепродукты, СПАВ и т.д.). Использование биореактора мембранного типа делает возможной модернизацию уже существующих сооружений без дополнительных капитальных вложений в строительство.Due to the introduction of a combination of essential distinguishing features into the known method, the method of biological wastewater treatment from nitrogen-phosphorus and organic compounds due to the use of a bioreactor combined with membrane modules, the microfiltration and ultrafiltration processes are combined, as well as the biological wastewater treatment process. Due to this, the efficiency of biological wastewater treatment is increased compared to traditional aeration tank. As a result of separation of solid and colloidal particles on the membrane modules, the concentration of activated sludge in the membrane-type bioreactor increases, which contributes to a deep biological treatment of effluents and provides a significant reduction in the volume of zones of the bioreactor. Intensive circulation of the sludge mixture through the membrane modules is carried out, which makes it possible to effectively control the membrane filtration process, supports activated sludge particles in suspension and slows down the process of membrane pore overgrowth. The membrane-type bioreactor operates in conditions of high biomass concentration (up to 20 g / l versus 2-3 g / l in a conventional aeration tank), which is forced to expend its energy to maintain vital activity, which leads to a decrease in growth, therefore, the amount of excess activated sludge in the membrane-type bioreactor 20-50% less compared to classic technology. By increasing the concentration of activated sludge in the membrane-type bioreactor, the productivity of treatment facilities is increased several times. Due to the lack of a secondary clarifier, which is necessary as a cleaning step in classical systems, the membrane-type bioreactor is several times more compact than traditional cleaning systems, and the occupied area is reduced by 20-60%. Both material consumption and overall dimensions of the capacitive equipment of treatment facilities are reduced. The membrane-type bioreactor ensures the stability of the treatment process with strong fluctuations in the volume of incoming wastewater and volley loads of treatment plants by the amount of nutrient pollution (BOD, COD, ammonium, phosphates, petroleum products, surfactants, etc.). The use of a membrane-type bioreactor makes it possible to upgrade existing facilities without additional capital investment in construction.

На фиг. 1 изображена блок-схема биореактора мембранного типа.In FIG. 1 is a block diagram of a membrane type bioreactor.

На фиг. 2 изображена схема технологическая принципиальная биореактора мембранного типа.In FIG. 2 shows a schematic flow diagram of a membrane bioreactor of the membrane type.

Способ осуществляют следующим образом: сточные воды, отводимые от объекта, поступают на очистку и проходят предварительную обработку на блоке (1) с целью очистки от механических примесей, включающий песколовки, решетки механизированные, фильтры различного исполнения, флотаторы или сепараторы. Очищенные от механических примесей потоки сточных вод объединяются в блоке (2), а именно в резервуаре для сбора и гомогенизации исходной сточной воды. Вывод усредненных по составу сточных вод из резервуара блока (2) осуществляется постоянно и равномерно в биореактор мембранного типа (3) с целью осуществления последовательных стадий биологической очистки сточных вод в анаэробной (3-1), аноксидной (3-2), аэробной (3-3) и вторичной аэробно-аноксидной (3-4) зонах, заполненных смесью активного ила со сточной водой (далее по тексту - иловая смесь). Перед подачей в анаэробную зону (3-1) производится корректировка уровня рН исходных сточных вод путем автоматического дозирования в них водного раствора подщелачивающего химреагента.The method is as follows: the wastewater discharged from the facility is sent for treatment and pre-treated at block (1) in order to clean it from mechanical impurities, including sand traps, mechanized grills, filters of various designs, flotators or separators. The wastewater streams purified from mechanical impurities are combined in block (2), namely, in the reservoir for collecting and homogenizing the initial wastewater. The output of wastewater averaged over the composition of the reservoir of the unit (2) is carried out continuously and uniformly into the membrane-type bioreactor (3) in order to carry out successive stages of biological wastewater treatment in anaerobic (3-1), anoxic (3-2), and aerobic (3) -3) and secondary aerobic-anoxide (3-4) zones filled with a mixture of activated sludge with wastewater (hereinafter referred to as the sludge mixture). Before feeding into the anaerobic zone (3-1), the pH level of the source wastewater is adjusted by automatically dosing an aqueous solution of an alkalizing chemical agent in them.

Для эффективной биологической очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений применяется циркуляция иловой смеси через мембранные модули (4), установленные снаружи биореактора (3). Принцип действия мембранных модулей (4) биореактора (3) основан на эффективном разделении фракций активного ила методом ультрафильтрации на полимерных мембранах с эффективным размером пор от 0,1 до 0,01 мкм.For effective biological treatment of wastewater from nitrogen-phosphorus and organic compounds, the circulation of the silt mixture through membrane modules (4) installed outside the bioreactor (3) is used. The principle of operation of the membrane modules (4) of the bioreactor (3) is based on the effective separation of activated sludge fractions by ultrafiltration on polymer membranes with an effective pore size of 0.1 to 0.01 μm.

Циркуляция иловой смеси осуществляется посредством работы циркуляционного насоса, забирающего иловую смесь из вторичной аноксидной зоны (3-4) биореактора (3) и подающего иловую смесь на мембранные модули (4). Одновременно с циркуляцией иловой смеси производится отвод биологически очищенной сточной воды (пермеата, фильтрата) через поры мембран посредством работы центробежного насоса, откачивающего пермеат из пор мембран как в накопительную емкость блока (6) промывки, так и в накопительную емкость блока (8) сбора пермеата. При использовании биореактора мембранного типа концентрация активного ила может достигать 20 г/л (против 2-3 г/л в обычном аэротенке). Благодаря этому происходит интенсивная автоселекция и адаптация активного ила, увеличивается возраст активного ила, а также возрастает концентрация хемоавтотрофных микроорганизмов (биомассы). Вследствие этого процесс нитрификации происходит более глубоко, чем при использовании традиционных вариантов очистки с использованием классической схемы аэротенк-вторичный отстойник.The sludge mixture is circulated through the operation of a circulation pump that takes the sludge mixture from the secondary anoxide zone (3-4) of the bioreactor (3) and feeds the sludge mixture to the membrane modules (4). Simultaneously with the circulation of the sludge mixture, biologically purified wastewater (permeate, filtrate) is discharged through the pores of the membranes through the operation of a centrifugal pump pumping permeate from the pores of the membranes both into the storage tank of the washing unit (6) and into the storage tank of the permeate collection unit (8) . When using a membrane-type bioreactor, the concentration of activated sludge can reach 20 g / l (versus 2-3 g / l in a conventional aeration tank). Due to this, intensive auto-selection and adaptation of activated sludge occurs, the age of activated sludge increases, and the concentration of chemoautotrophic microorganisms (biomass) also increases. As a result of this, the nitrification process takes place more deeply than when using traditional cleaning options using the classical aeration tank-secondary sedimentation system.

При концентрации активного ила в биореакторе мембранного типа менее 2 г/л эффективность биологической очистки исходных сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений крайне низкая и показатели биологически очищенных сточных вод не соответствует требованиям, предъявляемым к их качеству при выводе из сооружения. При концентрации активного ила более 20 г/л изменяется кинетика биоценоза в зонах биореактора мембранного типа, резко возрастает энергопотребление при циркуляции концентрированной иловой смеси через мембранные модули и увеличивается риск образования застойных участков в зонах биореактора, гибели и минерализации компонентов активного ила. Трансмембранное давление мембран достигает критических значений за несколько часов работы, что приводит к частым остановкам мембранных модулей для промывок мембран и проведения в течении 8-12 часов дополнительной химической регенерации мембран, что приводит к снижению производительности сооружения по биологически очищенной сточной воде.When the concentration of activated sludge in the membrane-type bioreactor is less than 2 g / l, the efficiency of biological treatment of source wastewater from nitrogen-phosphorus and organic compounds is extremely low and the indicators of biologically treated wastewater do not meet the requirements for their quality when decommissioning. When the activated sludge concentration is more than 20 g / l, the kinetics of the biocenosis in the zones of the membrane-type bioreactor changes, energy consumption sharply increases when the concentrated sludge mixture circulates through the membrane modules, and the risk of stagnation in the zones of the bioreactor, death, and mineralization of active sludge components increases. The transmembrane pressure of the membranes reaches critical values after several hours of operation, which leads to frequent shutdowns of membrane modules for washing the membranes and additional chemical regeneration of the membranes within 8-12 hours, which leads to a decrease in the productivity of the biologically treated wastewater construction.

Отвод биологически очищенных сточных вод (далее - фильтрата, пермеата) из иловой смеси на этапе ее циркуляции в мембранных модулях блока (4) осуществляется через поры мембран, а циркуляция иловой смеси может осуществляться как в турбулентном режиме проточной циркуляции иловой смеси через горизонтально установленные мембранные модули (технология Cross-Flow), так и в ламинарном режиме эрлифтной циркуляции иловой смеси (технология Air-Lift) через вертикально установленные мембранные модули, расположенные за пределами вторичной аэробно-аноксидной зоны (3-4) биореактора мембранного типа (3).Biologically treated wastewater (hereinafter referred to as the filtrate, permeate) is removed from the sludge mixture during its circulation in the membrane modules of the block (4) through the pores of the membranes, and the sludge mixture can be circulated as in a turbulent mode of flowing circulation of the sludge mixture through horizontally mounted membrane modules (Cross-Flow technology), and in the laminar mode of airlift circulation of the sludge mixture (Air-Lift technology) through vertically mounted membrane modules located outside the secondary aerobic-anoxic s ones (3-4) of a membrane-type bioreactor (3).

При совместной подаче потоков аммоний, фосфор и нитратосодержащих сточных вод на стадию анаэробной обработки, денитрификацию ведут в аноксидной зоне (3-2) биореактора (3) при концентрации растворенного кислорода менее 0,5 мг/л и рН на уровне 7,0-7,6, а последующую нитрификацию ведут на стадии аэробной обработки при концентрации растворенного кислорода в начале аэробной зоны (3-3) на уровне 2-5 мг/л с формированием в конце аэробной зоны (3-3) вторичной аэробно-аноксидной зоны (3-4) биореактора (3) с концентрацией растворенного кислорода менее 0,5 мг/л и рН на уровне 7,6-8,0 перед подачей иловой смеси на циркуляцию через мембранные модули блока (4) биореактора мембранного типа (3) при одновременном отводе через поры мембран биологически очищенной сточной воды в блок сбора и хранения пермеата (8).When the flow of ammonia, phosphorus and nitrate-containing wastewater is simultaneously supplied to the anaerobic treatment stage, denitrification is carried out in the anoxide zone (3-2) of the bioreactor (3) with a dissolved oxygen concentration of less than 0.5 mg / l and a pH of 7.0-7 , 6, and the subsequent nitrification is carried out at the aerobic treatment stage at a concentration of dissolved oxygen at the beginning of the aerobic zone (3-3) at a level of 2-5 mg / l with the formation of a secondary aerobic-anoxide zone at the end of the aerobic zone (3-3) (3 -4) a bioreactor (3) with a dissolved oxygen concentration of less than 0.5 mg / l and pH n at a level of 7.6-8.0 before feeding the sludge mixture for circulation through the membrane modules of the block (4) of the membrane-type bioreactor (3) while simultaneously draining biologically treated wastewater through the pores of the membranes into the permeate collection and storage unit (8).

Оптимальные значения рН ограничены интервалом 1-2 единицы, что влияет на состояние разных ферментов, в частности на структуру белковой части их молекул.Optimum pH values are limited to a range of 1-2 units, which affects the state of various enzymes, in particular, the structure of the protein part of their molecules.

В процессе денитрификации при рН более 7,0 конечным продуктом является молекулярный азот. Если значение рН менее 7,0, то в клетках нитрифицирующих бактерий образуется оксид (NO) или закись азота (N₂O). Оксид азота (NO) играет ключевую роль в подавлении активности бактериальных клеток путем либо блокирования некоторых их железосодержащих ферментов, либо путем повреждения их клеточных структур оксидом азота или свободными радикалами. Одновременно в клетке накапливается супероксид, который вызывает повреждение белков и липидов клеточных мембран. Следовательно, при рН менее 7,0 оксид азота избыточно накапливается в клетке, что приводит к повреждению ДНК, индуцируя программированную гибель клеток - апоптоз (запрограммированный процесс клеточного «самоубийства», направленный на удаление клеток, утративших свои функции). Наличие в клетке закиси азота также приводит в остановке ее роста и деления. При рН более 8,0 создаются условия для возникновения процесса гидролиза клеток микроорганизмов, что приводит к падению их активности и резкому снижению концентрации активного ила, в конечном итоге - выходу биореактора мембранного типа из строя ввиду высокой скорости минерализации частиц активного ила и остановке процесса биологической очистки сточных вод ввиду развала биоценоза.In the process of denitrification at pH greater than 7.0, the final product is molecular nitrogen. If the pH is less than 7.0, nitric oxide (NO) or nitrous oxide (N ₂ O) is formed in the cells of nitrifying bacteria. Nitric oxide (NO) plays a key role in inhibiting the activity of bacterial cells by either blocking some of their iron-containing enzymes or by damaging their cellular structures with nitric oxide or free radicals. At the same time, superoxide accumulates in the cell, which causes damage to the proteins and lipids of the cell membranes. Therefore, at a pH of less than 7.0, nitric oxide accumulates excessively in the cell, which leads to DNA damage, inducing programmed cell death - apoptosis (the programmed process of cell "suicide" aimed at removing cells that have lost their function). The presence of nitrous oxide in the cell also leads to a halt in its growth and division. At pH greater than 8.0, conditions are created for the hydrolysis of microorganism cells to occur, which leads to a decrease in their activity and a sharp decrease in the concentration of activated sludge, and ultimately to failure of the membrane-type bioreactor due to the high rate of mineralization of activated sludge particles and the shutdown of the biological treatment process sewage due to the collapse of the biocenosis.

Денитрификация протекает при дефиците кислорода в условиях, неблагоприятных для конкурирующих гетеротрофных аэробов. Проводить процесс полностью и получать энергию имеют возможность лишь прокариоты, причем все они факультативные анаэробы, но при наличии кислорода переключающиеся на обычное дыхание. В процессе денитрификации анаэробные микроорганизмы используют в качестве акцептора электронов связанный кислород, входящий в состав нитритов и нитратов, передавая ему электроны окисляемых органических или неорганических соединений.Denitrification occurs with oxygen deficiency under conditions unfavorable for competing heterotrophic aerobes. Only prokaryotes can carry out the process completely and receive energy, all of them optional facultative anaerobes, but in the presence of oxygen, they switch to normal breathing. In the process of denitrification, anaerobic microorganisms use bound oxygen as an electron acceptor, which is part of nitrites and nitrates, transferring electrons of oxidized organic or inorganic compounds to it.

При концентрации растворенного кислорода более 0,5 мг/л и рН менее 7,0 создаются условия для угнетения роста популяции микроорганизмов активного ила, участвующих в процессе денитрификации.At a dissolved oxygen concentration of more than 0.5 mg / l and a pH of less than 7.0, conditions are created for inhibiting the growth of the population of activated sludge microorganisms involved in the denitrification process.

При концентрации растворенного кислорода более 0,5 мг/л и рН более 8,0 нарушаются аноксидные условия в зоне денитрификации, микроорганизмы активного ила не успевают приспособиться к условиям окружающей среды и погибают.At a dissolved oxygen concentration of more than 0.5 mg / l and a pH of more than 8.0, the anoxide conditions in the denitrification zone are violated, the microorganisms of activated sludge do not have time to adapt to environmental conditions and die.

Для проведения эффективной денитрификации требуется:Effective denitrification requires:

- создание анаэробных или аноксидных условий, с концентрацией растворенного кислорода менее 0,5 мг/л;- the creation of anaerobic or anoxic conditions, with a dissolved oxygen concentration of less than 0.5 mg / l;

- оптимальное значение рН в пределах 7,0-7,5;- the optimum pH value in the range of 7.0-7.5;

- присутствие органического субстрата - любые биологически разлагаемые вещества (углеводы, спирты, органические кислоты, избыточный активный ил, прошедшие механическую очистку исходные сточные воды);- the presence of an organic substrate - any biodegradable substances (carbohydrates, alcohols, organic acids, excess activated sludge, mechanically treated source wastewater);

- соотношение органических веществ по БПК к нитратному азоту примерно 4:1;- the ratio of organic matter by BOD to nitrate nitrogen is approximately 4: 1;

- механическое перемешивание иловой смеси при концентрации активного ила 6-12 г/л.- mechanical mixing of the sludge mixture at a concentration of activated sludge 6-12 g / l.

В зоне нитрификации создаются аэробные условия (концентрация растворенного кислорода более 2 мг/л), необходимые для эффективного биоокисления аммонийного азота. Поддержание рН от 6,7 до 7,8 является условием интенсификации процесса нитрификации.In the nitrification zone, aerobic conditions are created (the concentration of dissolved oxygen is more than 2 mg / l) necessary for the effective biooxidation of ammonia nitrogen. Maintaining a pH of 6.7 to 7.8 is a condition for intensifying the nitrification process.

Зоны биореактора мембранного типа (3) соединены контурами рециркуляции иловой смеси с целью проведения процессов нитри-денитрификации в оптимальных условиях. С этой целью нитратосодержащая иловая смесь (см. фиг. 2) рециркулирует из аэробной зоны (3-3) в анаэробную (3-1) зону биореактора (3), при этом количественное соотношение рециркулируемого нитратсодержащего потока к потоку Q исходных сточных вод поддерживают в пропорции от 2:1 до 4:1.Membrane-type bioreactor zones (3) are connected by sludge mixture recirculation circuits in order to conduct nitri-denitrification processes under optimal conditions. To this end, the nitrate-containing sludge mixture (see Fig. 2) is recycled from the aerobic zone (3-3) to the anaerobic (3-1) zone of the bioreactor (3), while the quantitative ratio of the recycled nitrate-containing stream to the stream Q of the initial wastewater is maintained in proportions from 2: 1 to 4: 1.

Общий коэффициент рециркуляции (R_t) для денитрификации в зоне (3-2) биореактора (3) находится из соотношения нитрифицированного аммонийного азота (NH_4,N) к требуемому азоту нитратов (NO₃ ^ex) на выходе из биореактора (3):The total recirculation coefficient (R _t ) for denitrification in zone (3-2) of the bioreactor (3) is found from the ratio of nitrified ammonium nitrogen (NH _{4, N} ) to the required nitrate nitrogen (NO ₃ ^ex ) at the outlet of the bioreactor (3):

R_t=(NH₄,_N/NO₃ ^ex)-1=R_N+RR _t = (NH ₄ , _N / NO ₃ ^ex ) -1 = R _N + R

где: R_t - общий коэффициент рециркуляции; R_N - коэффициент рециркуляции нитратсодержащей иловой смеси (внутренний рецикл); R - коэффициент рециркуляции возвратного ила.where: R _t is the total recirculation coefficient; R _N - coefficient of recirculation of nitrate-containing sludge mixture (internal recycling); R is the coefficient of recirculation of return sludge.

В случае биореактора мембранного типа коэффициент рециркуляции возвратного ила R=0, поэтому требуется лишь нитратный рецикл с коэффициентом рециркуляции R_t=R_N=2-4 в зависимости от концентрации загрязнителей в исходных сточных водах.In the case of a membrane-type bioreactor, the return sludge recirculation coefficient is R = 0; therefore, only nitrate recycling with a recirculation coefficient R _t = R _N = 2-4 is required, depending on the concentration of pollutants in the source wastewater.

Уменьшение кратности рециркуляции R_N<2 приводит к ухудшению качества биологически очищенной сточной воды (но ХПК и нитратам), что связано с повышенным соотношением ХПК/N в иловой смеси зоны денитрификации (3-2), а также к постоянному росту концентрации нитратов во вторичной аноксидной зоне (3-4) биореактора (3) ввиду низкой интенсивности отвода нитратсодержащей иловой смеси.A decrease in the recirculation ratio R _N <2 leads to a deterioration in the quality of biologically treated wastewater (but COD and nitrates), which is associated with an increased ratio of COD / N in the silt mixture of the denitrification zone (3-2), as well as a constant increase in the concentration of nitrates in the secondary the anoxide zone (3-4) of the bioreactor (3) due to the low intensity of the removal of nitrate-containing sludge mixture.

В случае кратности рециркуляции иловой смеси R_N>4 увеличенный поток нитратсодержащей иловой смеси поступает в зону денитрификации (3-2) из аэробной зоны (3-3) биореактора (3), что ведет к повышению концентрации растворенного кислорода в иловой смеси более 0,5 мг/л и выводу аноксидной зоны из режима денитрификации. В этом случае гетеротрофам для дыхания энергетически выгоднее использовать растворенный кислород иловой смеси, что в конечном итоге приводит к резкому снижению скорости денитрификации в аноксидной зоне (3-2) биореактора (3).If the rate of recirculation of the sludge mixture is R _N > 4, the increased flow of the nitrate-containing sludge mixture enters the denitrification zone (3-2) from the aerobic zone (3-3) of the bioreactor (3), which leads to an increase in the concentration of dissolved oxygen in the sludge mixture of more than 0, 5 mg / l and the withdrawal of the anoxide zone from the denitrification regime. In this case, it is energetically more profitable for heterotrophs to use dissolved oxygen in the sludge mixture for breathing, which ultimately leads to a sharp decrease in the denitrification rate in the anoxide zone (3-2) of the bioreactor (3).

Наличие в обрабатываемой сточной воде большого количество легкобиоразлагаемой органики способствует образованию большого количества внеклеточных полимерных веществ (полисахаридов, протеина), которые равномерным слоем покрывают внутреннюю поверхность мембран, постепенно закупоривая поры, через которые пермеат отводится в блок сбора и хранения (8). Поскольку мембраны задерживают все взвешенные вещества, а также полисахариды и протеины, концентрация этих веществ в биореакторе (3) постоянно возрастает, что вызывает повышение трансмембранного давления в мембранных модулях (4), в том числе ввиду повышения скорости движения смеси в уменьшающемся сечении трубчатых мембран ввиду зарастания пор. С другой стороны, повышение скорости движения жидкости внутри полой трубки, напротив, позволяет уменьшить скорость образования осадка и повысить производительность по пермеату. Однако энергетически более выгодно осуществлять подачу иловой смеси вовнутрь трубчатых или половолоконных мембран совместно с воздухом и периодически осуществлять промывку внутренней поверхности мембран пермеатом в направлении снаружи вовнутрь пор. Как правило, модули с плоскими мембранами, погруженными в биореактор, не допускают обратных промывок.The presence of a large amount of easily biodegradable organics in the treated wastewater contributes to the formation of a large number of extracellular polymeric substances (polysaccharides, protein), which uniformly cover the inner surface of the membranes, gradually clogging the pores through which the permeate is discharged to the collection and storage unit (8). Since membranes retain all suspended substances, as well as polysaccharides and proteins, the concentration of these substances in the bioreactor (3) is constantly increasing, which causes an increase in transmembrane pressure in the membrane modules (4), including due to an increase in the speed of the mixture in a decreasing section of tubular membranes due to pore overgrowth. On the other hand, an increase in the rate of fluid movement inside the hollow tube, on the contrary, can reduce the rate of sedimentation and increase permeate productivity. However, it is energetically more profitable to supply the sludge mixture inside the tubular or hollow fiber membranes together with air and periodically flush the inner surface of the membranes with permeate in the direction from the outside to the inside of the pores. As a rule, modules with flat membranes immersed in the bioreactor do not allow backwashing.

Таким образом, существует критерий оценки эффективности работы мембранных модулей горизонтального или вертикального исполнения, определяемый через соотношение общего времени работы биореактора мембранного типа к периоду паузы, включающей время на проведение химической регенерации мембран для восстановления их развитой внутренней поверхности с одновременной очисткой пор от загрязнителей.Thus, there is a criterion for evaluating the performance of horizontal or vertical membrane modules, which is determined by the ratio of the total operating time of the membrane-type bioreactor to the pause period, including the time for the chemical regeneration of the membranes to restore their developed internal surface while cleaning the pores from contaminants.

Периодическая отмывка мембран осуществляется блоком промывки (5), если падение давления ΔP_CF на проточном горизонтальном мембранном модуле в 1,1-1,2 раза превышает произведение длины L_o на поверхностную скорость иловой смеси V:Periodic washing of the membranes is carried flushing unit (5) if the drop in pressure ΔP _CF horizontal flow membrane module in the 1.1-1.2 times the product length L _o to the surface velocity of the mixed liquor V:

ΔP_CF=A₁⋅L₀⋅VΔP _CF = A ₁ ⋅L ₀ ⋅V

где: А₁ - коэффициент пропорциональности от 1,1 до 1,2;where: And ₁ is the coefficient of proportionality from 1.1 to 1.2;

V - поверхностная скорость, м/ч;V - surface speed, m / h;

L₀ - длина горизонтального мембранного модуля, м.L ₀ - the length of the horizontal membrane module, m

В этом случае направление подачи пермеата из блока (5) при промывке мембран совпадает с направлением циркуляции иловой смеси через мембранные модули (4), а интервалы между промывками составляют от 10 до 120 минут продолжительностью от 10 до 60 секунд.In this case, the flow direction of the permeate from the block (5) when washing the membranes coincides with the direction of circulation of the sludge mixture through the membrane modules (4), and the intervals between flushing are from 10 to 120 minutes lasting from 10 to 60 seconds.

Периодическая отмывка внутренней поверхности и пор мембран осуществляется блоком промывки (5), если падение давления ΔP_AL на проточном вертикальном мембранном модуле в 3,6-3,8 раз превышает произведение его длины L_o на поверхностную скорость иловой смеси V, возведенную в степень 1,75:Periodic washing of the inner surface and pores of the membranes is carried out by the washing unit (5) if the pressure drop ΔP _AL on the flowing vertical membrane module is 3.6-3.8 times greater than the product of its length L _o and the surface velocity of the sludge mixture V raised to the power of 1 75:

ΔР_AL=A₂⋅L₀-V^1,75 ΔP _AL = A ₂ ⋅L ₀ -V ^1.75

где: А₂ - коэффициент пропорциональности от 3,6 до 3,8;where: A ₂ is the proportionality coefficient from 3.6 to 3.8;

L₀ - длина вертикального мембранного модуля, м.L ₀ - the length of the vertical membrane module, m

В этом случае направление подачи пермеата из блока (5) при промывке мембран осуществляется встречно направлению циркуляции иловой смеси через мембранные модули (4), а интервалы между промывками составляют от 5 до 15 минут продолжительностью от 10 до 60 секунд.In this case, the direction of permeate supply from the block (5) when washing the membranes is carried out counter to the direction of circulation of the sludge mixture through the membrane modules (4), and the intervals between leaching are from 5 to 15 minutes lasting from 10 to 60 seconds.

Во время циркуляции иловой смеси через мембранные модули (4) пермеат отводится в блок сбора и хранения пермеата (8), включающий как накопительные емкости, так и насосное оборудование, которое далее подает пермеат в качестве фильтруемой среды на этап дополнительной фильтрационно-реагентной обработки в блоке доочистки (9), включающего многослойный напорный фильтр или дополнительные мембранные модули. Дополнительная фильтрационно-реагентная обработка пермеата осуществляется с целью снижения концентрации фосфатов в биологически очищенной сточной воде. В качестве химического реагента используется водный раствор коагулянта (например, полиоксихлорид алюминия), который дозируется в обрабатываемый пермеат пропорционально его потоку, поступающему в блок сбора и отвода биологически очищенной сточной воды (10), на выходе которого установлен блок ультрафиолетового обеззараживания (11), дополнительно снижающий уровень микробиологической обсемененности биологически очищенной сточной воды.During the circulation of the sludge mixture through the membrane modules (4), the permeate is discharged to the permeate collection and storage unit (8), which includes both storage tanks and pumping equipment, which then supplies the permeate as a filtered medium to the additional filtration-reagent processing stage in the block tertiary treatment (9), including a multilayer pressure filter or additional membrane modules. Additional filtration-reagent treatment of permeate is carried out in order to reduce the concentration of phosphates in biologically treated wastewater. As a chemical reagent, an aqueous solution of a coagulant (for example, aluminum polyoxychloride) is used, which is dosed into the processed permeate in proportion to its flow entering the biologically treated waste water collection and removal unit (10), at the outlet of which an ultraviolet disinfection unit is installed (11), in addition reducing the level of microbiological contamination of biologically treated wastewater.

При использовании технологии биореактора мембранного типа концентрация активного ила в сооружениях может достигать 10-20 г/л (против 2-3 г/л в обычном аэротенке). Благодаря этому происходит интенсивная автоселекция и адаптация активного ила, увеличивается его возраст, а также возрастает концентрация хемоавтотрофных микроорганизмов (биомассы). По прошествии цикла роста биомассы появляется избыточная масса активного ила, ингибирующая развитие новых, быстрорастущих клеток посредством избыточной массы метаболитов, выделенной биомассой в процессе ее становления, активной фазы роста и отмирания. С целью интенсификации процесса биологической очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений иловая смесь с концентрацией активного ила около 2-12, предпочтительно 3-7,5, более предпочтительно 4-6 г/л, совместно с продуктами метаболизма бактерий постоянно отводится из аэробной зоны (3-3) биореактора (3) и подается в блок обезвоживания (7) для его гидратации, а стоки от обезвоживаемой иловой смеси возвращаются обратно в блок сбора исходной сточной воды (2). Обезвоживание отводимой субстанции происходит посредством шнекового транспортера при постоянном потоке иловой смеси и пропорциональном дозировании в поток иловой смеси водных растворов полиэлектролитов.When using membrane-type bioreactor technology, the concentration of activated sludge in structures can reach 10-20 g / l (versus 2-3 g / l in a conventional aeration tank). Due to this, intensive auto-selection and adaptation of activated sludge occurs, its age increases, and the concentration of chemoautotrophic microorganisms (biomass) also increases. After the biomass growth cycle, an excess mass of activated sludge appears, inhibiting the development of new, fast-growing cells through the excess mass of metabolites secreted by the biomass during its formation, the active phase of growth and death. In order to intensify the process of biological wastewater treatment from nitrogen-phosphorus and organic compounds, a sludge mixture with a concentration of activated sludge of about 2-12, preferably 3-7.5, more preferably 4-6 g / l, is constantly discharged together with the products of bacterial metabolism from aerobic zone (3-3) of the bioreactor (3) and fed to the dehydration unit (7) for its hydration, and effluents from the dehydrated sludge mixture are returned back to the source waste water collection unit (2). The dehydrated substance is dehydrated by means of a screw conveyor with a constant flow of sludge mixture and proportional dosing of aqueous solutions of polyelectrolytes into the sludge mixture stream.

Техническим результатом является то, что в биореакторе мембранного типа, заполненным частицами активного ила быстрого метаболизма концентрацией до 20 г/л, в несколько раз повышается производительность по сравнению с традиционными аэротенками. Благодаря отсутствию вторичного отстойника очистные сооружения на основе биореактора мембранного типа в разы компактнее традиционных сооружений. Площадь, занимаемая технологическим оборудованием, уменьшается на 20-60% при значительном снижении материалоемкости. Биореактор мембранного типа обеспечивает устойчивость технологических режимов очистки при значительных колебаниях показателей поступающих сточных вод как по объему, так и по концентрациям загрязнителей. Исключена необходимость применения хлорсодержащих реагентов для обеззараживания биологически очищенных сточных вод. Использование технологии биореактора мембранного типа позволяет модернизировать уже существующие сооружения без дополнительных капитальных вложений в новое строительство.The technical result is that in a membrane-type bioreactor filled with particles of activated sludge of rapid metabolism with a concentration of up to 20 g / l, productivity is several times higher compared to traditional aeration tanks. Due to the absence of a secondary sump, treatment facilities based on a membrane-type bioreactor are many times more compact than traditional facilities. The area occupied by technological equipment is reduced by 20-60% with a significant reduction in material consumption. The membrane-type bioreactor ensures the stability of technological treatment regimes with significant fluctuations in the parameters of incoming wastewater both in volume and in pollutant concentrations. Eliminated the need for chlorine-containing reagents for the disinfection of biologically treated wastewater. The use of membrane-type bioreactor technology makes it possible to modernize existing facilities without additional capital investments in new construction.

Изобретение позволяет осуществлять биологическую очистку сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений предлагаемым способом максимально быстро и качественно, используя небольшие производственные площади по сравнению с классическим аэротенком и вторичными отстойниками. Традиционная биологическая очистка сточных вод в аэротенках предназначена для удаления окисляющихся веществ, а ее эффективность по удалению биогенных веществ невысока, показатели очищенной сточная вода крайне нестабильны и резко отличаются от нормативных значений при флуктуации показателей исходной сточной воды.The invention allows the biological treatment of wastewater from nitrogen-phosphorus and organic compounds by the proposed method as quickly and efficiently as possible, using small production areas in comparison with a classical aeration tank and secondary settling tanks. Traditional biological wastewater treatment in aeration tanks is designed to remove oxidizing substances, and its efficiency in the removal of nutrients is low, the indicators of treated wastewater are extremely unstable and differ sharply from the standard values when fluctuating the initial wastewater.

По сравнению с известными способами предлагаемое изобретение отличается стабильностью протекания процессов с меньшими затратами при гарантированном достижении показателей биологически очищенных сточных вод, соответствующих нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения.Compared with the known methods, the present invention is characterized by the stability of the processes with lower costs with guaranteed achievement of indicators of biologically treated wastewater corresponding to the norms of discharge into fishery reservoirs.

Пример: исходная хозяйственно-бытовая сточная вода имеет состав загрязнений: взвешенные вещества от 160 до 350 мг/л; биологическое потребление кислорода (БПК) от 40 до 350 мг/л, NH₄ от 10 до 60 мг/л, P₂O₅от 2 до 8 мг/л, NO₂ от 0 до 0,06 мг/л, NO₃ от 1 до 13 мг/л и подвержена обработке в объеме 20000 м³/сутки в условиях известного и предложенного способа биологической очистки. В таблице приведены сравнительные результаты известного и предлагаемого способов.Example: the source of domestic wastewater has a composition of pollution: suspended solids from 160 to 350 mg / l; biological oxygen consumption (BOD) from 40 to 350 mg / l, NH ₄ from 10 to 60 mg / l, P ₂ O ₅ from 2 to 8 mg / l, NO ₂ from 0 to 0.06 mg / l, NO ₃ from 1 to 13 mg / l and is subject to processing in a volume of 20,000 m ³ / day under the conditions of the known and proposed method of biological treatment. The table shows the comparative results of the known and proposed methods.

Как видно из таблицы, показатель расхода электроэнергии на единицу снятых органических загрязнений по предлагаемому способу более, чем в 5 раз ниже того же показателя известного способа, а показатели качества биологически очищенных сточных вод соответствуют нормативным значениям при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения. Объем резервуаров при биологической очистке сточных вод по предлагаемому способу практически в 2 раза меньше, чем в случае применения классической схемы очистки сточных вод по схеме аэротенк - вторичный отстойник.As can be seen from the table, the indicator of energy consumption per unit of removed organic pollution by the proposed method is more than 5 times lower than the same indicator of the known method, and the quality indicators of biologically treated wastewater correspond to standard values when discharged into fishery bodies. The volume of reservoirs during biological wastewater treatment according to the proposed method is almost 2 times less than in the case of applying the classical wastewater treatment scheme according to the aeration tank - secondary sump scheme.

Источники информации.Information sources.

1. RU, патент 2111177, кл. С2, МПК C02F 3/06,2007.1. RU, patent 2111177, cl. C2, IPC C02F 3 / 06,2007.

2. Pat. № US 7,510,655 В2 от Mar 31, 2009, «PROCESS ТО IMPROVE THE EFFICIENCY OF A MEMBRANE FILTER ACTIVATED SLUDGE SYSTEM».2. Pat. No. US 7,510,655 B2 dated Mar 31, 2009, “PROCESS TO IMPROVE THE EFFICIENCY OF A MEMBRANE FILTER ACTIVATED SLUDGE SYSTEM”.

3. RU патент 2378204, кл. C2, МПК C02F 3/02, 2006, «Способ и устройство для очистки сточных вод».3. RU patent 2378204, cl. C2, IPC C02F 3/02, 2006, “Method and device for wastewater treatment”.

4. RU, патент 2210549, кл. С2, МПК C02F 3/06, 2003.4. RU, patent 2210549, cl. C2, IPC C02F 3/06, 2003.

5. Марков Н.Б., Грудяева Е.К. Современные сооружения очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений с применением технологии МБР Air-Lift. Водоснабжение и канализация, июль-август 2012, с. 90-100.5. Markov N.B., Grudyaeva E.K. Modern wastewater treatment plants for nitrogen-phosphorus and organic compounds using Air-Lift ICBM technology. Water supply and sewerage, July-August 2012, p. 90-100.

Claims

1. The method of biological wastewater treatment from nitrogen-phosphorus and organic compounds, including:

a) the supply of wastewater streams purified from mechanical impurities into the tank to equalize fluctuations in flow rates;

b) uniform withdrawal from the wastewater reservoir for the sequential anaerobic, anoxide and aerobic-anoxide stages of biological treatment of the sludge mixture in the bioreactor;

c) circulation of the sludge mixture through the membrane modules of the bioreactor with the simultaneous removal of purified wastewater (permeate, filtrate) through the pores of the membranes;

d) periodic washing of the inner surface and pores of the membranes from activated sludge particles and contaminants;

d) additional filtration-reagent treatment of biologically treated wastewater;

f) collection, disinfection and transportation of treated biologically treated wastewater to the place of its discharge;

g) the constant removal of excess activated sludge from the bioreactor, followed by its dehydration in a dehydration unit.

2. The method according to p. 1, characterized in that after steps a) and b) the wastewater is supplied to the bioreactor with a constant level of circulating sludge mixture through membrane modules to form a concentration of activated sludge from 2 to 20 g / l and biological wastewater treatment from nitrogen-phosphorus and organic compounds.

3. The method according to p. 1, characterized in that the separation of biologically treated wastewater from activated sludge in step c) is carried out in a turbulent mode of flowing circulation of the sludge through the pores of horizontally located membranes or in the laminar mode of airlift circulation of the sludge through the pores of vertically located membranes installed outside the bioreactor.

4. The method according to p. 2, characterized in that step d) occurs and is carried out if the pressure drop ΔP _CF is 1.1-1.2 times the product of the length L _{o of} horizontally located membranes and the surface velocity of the sludge mixture V or if the drop pressure ΔP _AL is 3.6-3.8 times the product of the length L _{o of} vertically arranged membranes and the surface velocity of the sludge mixture V raised to the power of 1.75.

5. The method according to p. 2, characterized in that when the flow of ammonium, phosphorus and nitrate containing wastewater is simultaneously supplied to the anaerobic treatment stage, the denitrification is carried out in the first anoxide zone of the bioreactor at a dissolved oxygen concentration of less than 0.5 mg / l and a pH of the level of 7.0-7.6, and the subsequent nitrification is carried out at the aerobic treatment stage at a concentration of dissolved oxygen at the beginning of the aerobic zone at a level of 2-5 mg / l with the formation of a secondary anoxide zone of the bioreactor with the concentration of dissolved oxygen at the end of the aerobic zone less than 0.5 mg / l and a pH of 7.6-8.0 before feeding to stage c) biological wastewater treatment.

6. The method according to p. 2, characterized in that the nitrate-containing stream of the sludge mixture is recycled from the end of the aerobic to the beginning of the anaerobic stage of wastewater treatment, while the volume ratio of the recycled nitrate-containing stream of the sludge mixture to the wastewater stream at the inlet of the bioreactor is maintained equal to from 2: 1 up to 4: 1.

7. The method according to p. 3, characterized in that the biologically treated wastewater as a filtered medium in step d) is supplied for filtration-reagent purification in multilayer pressure filters or additional membrane modules.

8. The method according to p. 1, characterized in that the sludge mixture extracted in step g) with a concentration of about 2-12 g / l, preferably 3-7.5 g / l, more preferably 4-6 g / l, is supplied from the aerobic zone of the bioreactor into a dehydration unit.