Способ и станция очистки сточных вод с регулированием концентрации растворенного кислорода
Формула / Реферат
1. Способ обработки сточных вод, включающий:
a) стадию контактирования, на которой сточные воды контактируют с бактериями, удерживаемыми на поверхности подложки, причем концентрацию растворенного кислорода в сточных водах поддерживают на уровне 1,0 мг/л или ниже;
b) стадию аэрации, на которой через сточные воды, прошедшие стадию контактирования, пропускают газ, причем при прохождении сточными водами стадии аэрации концентрацию растворенного кислорода в сточных водах понижают;
c) стадию отстаивания, на которой сточные воды, прошедшие стадию аэрации, в существенной степени разделяют на очищенную воду и ил; и
d) стадию рециркуляции ила, на которой по меньшей мере часть ила со стадии отстаивания направляют на стадию контактирования.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в сточных водах на стадии контактирования поддерживают в пределах от 0,2 до 1,0 мг/л.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в сточных водах на стадии контактирования поддерживают в пределах от 0,5 до 1,0 мг/л.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что концентрация растворенного кислорода в сточных водах к началу прохождения ими стадии аэрации составляет от 0,5 до 1,0 мг/л.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что концентрация растворенного кислорода в сточных водах к концу прохождения ими стадии аэрации составляет от 0 до 0,3 мг/л.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сточные воды проходят стадию аэрации в течение по меньшей мере 4 ч.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в сточных водах поддерживают в вышеупомянутых пределах путем регулирования поступления кислорода в сточные воды.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в сточных водах при прохождении ими стадии аэрации непрерывно понижают, причем это непрерывное понижение концентрации поддерживают путем регулирования поступления кислорода в сточные воды, причем регулирование поступления кислорода включает этап контролирования, на котором измеряют концентрацию растворенного кислорода в сточных водах и сравнивают эту концентрацию с желательным ее значением, и этап обратной связи, обеспечивающий управление средствами подачи кислорода в сточные воды с целью увеличения или уменьшения поступления кислорода таким образом, чтобы достичь вышеупомянутой желательной концентрации растворенного кислорода.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что бактериями являются спорообразующие бактерии.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что бактерии относятся к классам Bacillus и/или Clostridium.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что бактериями являются В. subtilis, В. vallismortis, В. amyloliquefaciens, В. licheniformis и В. megaterium или любые сочетания этих видов.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что бактериями являются мутанты или варианты вышеупомянутых бактерий, способные образовывать споры и разлагать молекулы, включающие водород, азот, углерод, серу, хлор и/или фосфор.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что бактериями являются популяции смешанных видов с преобладанием бактерий, упомянутых в любом из пп.9-12.
14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ил образует в отстойнике иловый слой, высоту этого слоя поддерживают на уровне 1 м или более.
15. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ил образует в отстойнике иловый слой, причем ил, удерживаемый в этом слое, оседает по отстойнику с направленной вниз линейной скоростью от 0,3 до 1,5 м/ч.
16. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ил удерживают в отстойнике в течение 1 ч или более.
17. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что подложкой является сетчатая структура с пустотами, составляющими более чем 92% общего объема сетчатой структуры.
18. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что подложка содержит один или несколько следующих синтетических полимеров: полипропилен, сложные полиэфиры, полиуретан, сополимеры простых полиэфиров с полиуретаном, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид и поливинилиденфторид или любое их сочетание.
19. Станция очистки сточных вод, содержащая:
(a) контактный резервуар, содержащий подложку, на поверхности которой удерживаются бактерии, расположенную таким образом, чтобы входить в контакт со сточными водами, находящимися в контактном резервуаре;
(b) аэротенк, содержащий устройство для пропускания газа через сточные воды, находящиеся в этом аэротенке;
(c) коммуникацию между контактным резервуаром и аэротенком, по которой сточные воды могут поступать из контактного резервуара в аэротенк;
(d) резервуар-отстойник;
(e) коммуникацию между аэротенком и отстойником, по которой сточные воды могут поступать из аэротенка в отстойник;
(f) коммуникацию между отстойником и контактным резервуаром, по которой осадок может поступать из отстойника в контактный резервуар; и
(g) устройство для регулирования концентрации растворенного кислорода в сточных водах, способное поддерживать концентрацию растворенного кислорода в сточных водах, находящихся в контактном резервуаре, на уровне 1,0 мг/л или менее и снижать концентрацию растворенного кислорода в сточных водах при их прохождении через аэротенк или аэротенки.
Текст
СПОСОБ И СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С РЕГУЛИРОВАНИЕМ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА Изобретение относится к способу обработки сточных вод, включающему стадию контактирования,на которой сточные воды контактируют с бактериями, удерживаемыми на поверхности подложки,причем концентрацию растворенного кислорода в сточных водах поддерживают на уровне 2,0 мг/л или ниже; стадию аэрации, на которой через сточные воды, прошедшие стадию контактирования,пропускают газ, причем при прохождении сточными водами стадии аэрации концентрацию растворенного кислорода в сточных водах понижают; стадию отстаивания, на которой сточные воды, прошедшие стадию аэрации, практически разделяют на очищенную воду и ил; и стадию рециркуляции ила, на которой по меньшей мере часть ила со стадии отстаивания направляют на стадию контактирования. Изобретение относится также к технологической установке, на которой может быть осуществлен вышеупомянутый способ.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БЛЮУОТЕР БИО ТЕКНОЛОДЖИС ЛИМИТЕД (GB) Настоящее изобретение относится к способам очистки сточных вод и к установкам, в которых могут очищаться сточные воды. Воздействие человека на окружающую среду приводит к образованию значительных объемов загрязненных вод, которые называются сточными водами. Сточные воды могут быть жидкими отходами из бытовых источников и торговых предприятий, промышленного и сельскохозяйственного происхождения, а также их смесями. Иногда сточные воды содержат суспензии твердых веществ. Канализационные сточные воды являются разновидностью сточных вод, содержащих фекальные массы и/или мочу. Как правило, сточные воды содержат шесть основных категорий загрязняющих веществ, перечисленных ниже.(1) Углеродсодержащие вещества (такие материалы, как крахмал, протеины и жиры), содержание которых, как правило, характеризуется показателями БПК (биохимическая потребность в кислороде biochemical oxygen demand (BOD и ХПК (химическая потребность в кислороде - chemical oxygen demand (COD и которые являются загрязняющими веществами, поглощающими кислород. Пониженное содержание растворенного кислорода, вызванное сбросом углеродсодержащих веществ в приемные водоемы, может вредить существованию аэробных организмов в таких водоемах.(2) Взвешенные твердые частицы (suspended solid - SS) включают все нерастворенные неорганические и органические вещества, и процессы удаления таких твердых частиц из сточных вод включают фильтрование или флотацию, в зависимости от природы частиц. Перед удалением тонкодисперсных или коллоидных твердых веществ может потребоваться их коагулирование. Углеродсодержащие вещества по п.(1) могут присутствовать в сточных водах частично в виде взвешенных твердых частиц, а частично в виде растворенных твердых веществ.(3) Аммиачный азот, который может присутствовать в сточных водах в форме ионов аммония(NH4+-N) или аммиака (NH3), подобно углеродсодержащим веществам, является потребляющим кислород загрязнителем. Если сточные воды сбрасываются в предназначенные для этого водоемы, то аммиак может также быть ядовитым для рыб, населяющих эти водоемы. Кроме того, аммиачный азот является питательным веществом для растений и может вызвать эвтрофикацию (зарастание водорослями) приемных водоемов. Аммиак в сточных водах обычно присутствует большей частью в растворенной форме.(4) Общий азот (TN) включает все немолекулярные формы азота, к которым относятся аммиачный азот (в том числе NH4+-N и NH3), окисленный азот (в том числе нитритный азот NO2+-N и нитратный азотNO3+-N) и органический азот (т.е. азот, содержащийся в органических веществах, таких как протеины). Аммиачный азот, нитритный азот и органический азот являются загрязняющими веществами, поглощающими кислород, а все азотсодержащие соединения являются потенциальными питательными веществами для растений. Большинство неорганических соединений азота, в том числе аммиачный азот и окисленный азот, находятся в растворенной форме, в то время как органические азотсодержащие соединения могут быть растворенными или взвешенными.(5) Общий фосфор (ТР) включает все немолекулярные формы фосфора, в том числе неорганические и органические фосфаты того или иного типа. Подобно TN ТР является питательным веществом для растений и может вызвать эвтрофикацию (зарастание водорослями) приемных водоемов. Фосфорсодержащие соединения могут быть растворенными или взвешенными.(6) К микроорганизмам относятся вирусы, бактерии и простейшие; некоторые из них являются потенциально опасными патогенными факторами, в частности, если сточные воды являются отходами жизнедеятельности человека или животных. К бактериальным патогенным факторам относятся некоторые виды кишечных энтерококков вообще и Escherichia coli в частности.(7) К неподдающимся биоразложению веществам относятся песок, волосы, частицы пластмасс и неорганические соли. Большинство этих материалов являются либо взвешенными, либо плавающими,незначительная их часть может быть растворенной. Сброс необработанных сточных вод в водную окружающую среду может привести к дестабилизации экосистем и оказать отрицательное влияние на флору и фауну, присутствующую в этой среде. Соответственно, разработаны многочисленные способы очистки сточных вод. Очистка сточных вод включает в основном отделение от сточных вод загрязняющих веществ, совокупность которых может образовывать общую массу ила (или отхода производства), требующую обработки и удаления. В результате процесса очистки сточных вод и ила в целом происходит частичное разрушение загрязняющих веществ и частичное превращение их в другие субстанции; последнее относится,прежде всего, к микроорганизмам. Воду, отделенную от загрязняющих веществ в процессе такой очистки, можно сбрасывать в окружающую среду, в основном в природные воды. Обработанный ил может быть использован (например, применен в качестве удобрения в сельском хозяйстве) или уничтожен (например, в установках для сжигания отходов). Традиционные процессы биологической очистки сточных вод являются, как правило, многостадийными процессами, где каждая стадия выполняется отдельно. Например, такой процесс включает стадию предварительного фильтрования через решетки, на которой производят удаление крупных механических примесей и обломков; стадии отстаивания, на которой удаляют относительно мелкие, но поддающиеся осаждению твердые частицы (такие как песок и некоторые органические вещества); стадия аэробной об-1 018087 работки, на которой углеродсодержащие вещества биологически окисляют до диоксида углерода и воды,а азотсодержащие вещества окисляют, главным образом, до нитратов, возможно с образованием некоторого количества нитритов; стадия бескислородной обработки, на которой нитраты (и нитриты) восстанавливают до молекулярного азота (в отсутствии кислорода и в присутствии углеродсодержащих веществ); и стадии разделения, на которой микроорганизмы, развившиеся в процессе обработки, а также твердые вещества отделяют от очищенных сточных вод. Такое разделение осуществляют, как правило,путем отстаивания или фильтрования. Например, работа традиционных установок с активным илом основана на смешивании сточных вод в бассейнах для окисления, называемых аэротенками, со свободно плавающими колониями микроорганизмов с получением обогащенной кислородом жидкой взвеси, называемой смесью активного ила и сточной воды, содержащей органические соединения, или "иловой смесью". После обработки в аэротенке иловая смесь поступает в отстойный резервуар (отстойник), где твердые вещества, суспендированные в иловой смеси, оседают на дно резервуара, причем в качестве надосадочной жидкости образуется очищенная вода, которая перетекает через переливной порог, находящийся в верхней зоне отстойника. Осевшие твердые вещества удаляют в виде ила через колодец в придонной зоне отстойника. См., например, процесс, описанный Чой и другими (Choi et al., Water Science and Technology, Vol. 45, No. 12, p. 71-78). Разработаны усовершенствованные процессы очистки, включающие использование специфических типов микроорганизмов. В таких усовершенствованных способах очистки используется способность специфических типов микроорганизмов удалять загрязняющие вещества из сточных вод, а также обеспечивать другие преимущества, такие как улучшение характеристик осаждения твердых веществ, взвешенных в иловой смеси. Протеолитическая активность бактерий, выделенных из ротационных биологических контактных устройств, охарактеризована Парком и другими (Park et al., J. Microbiol., June 2003, p. 73-77). Процесс нитрификации-денитрификации с применением Bacillus описан Ким и другими (Kim etal., Bioresource Technology 96 (2005), 1897-1906). Например, в корейской патентной публикации 100276095 описан способ очистки сточных вод, включающий стадию, на которой сточные воды перед поступлением в аэротенк контактируют с микроорганизмами, удерживаемыми на поверхности подложки. Сточные воды, проходящие как через резервуар, в котором выполняется стадия контактирования, так и через аэротенк, подвергают окислению. Способ, описанный в упомянутой корейской патентной публикации, включает следующие стадии очистки в порядке перечисления: удаление относительно крупного мусора, суспендированного или плавающего в сточных водах; пропускание сточных вод через контактный резервуар, в котором сточные воды контактируют с микроорганизмами, удерживаемыми на неподвижной поверхности; пропускание сточных вод через аэротенк, в котором происходит окисление иловой смеси, содержащей сточные воды и взвешенные микроорганизмы; поступление сточных вод в отстойники, в которых происходит их разделение на очищенную воду и ил (выпадающий в осадок); поступление очищенных сточных вод на станцию удаления (сброса). Часть ила передают с помощью насоса для избыточного ила в резервуар для накопления ила с целью удаления или последующей обработки. Остаток ила из отстойника возвращают непосредственно в аэротенк. Часть сточных вод, выходящих из аэротенков, возвращают непосредственно в контактный резервуар. Было показано, что способ, описанный в упомянутой корейской патентной публикации, обеспечивает значительно лучшее качество очищенной воды по сравнению с процессом, выполняемым в обычной установке с активным илом. Однако по мнению авторов настоящего изобретения, такие известные процессы очистки не являются оптимальными с точки зрения эффективного обеспечения наилучшего качества очищенной воды. Соответственно, в первом аспекте настоящего изобретения предложен способ очистки сточных вод,включающий:a) стадию контактирования, на которой сточные воды контактируют с бактериями, удерживаемыми на поверхности подложки, причем концентрацию растворенного кислорода в сточных водах поддерживают на уровне 2,0 мг/л или ниже;b) стадию аэрации, на которой через сточные воды, прошедшие стадию контактирования, пропускают газ, причем при прохождении сточными водами стадии аэрации концентрацию растворенного кислорода в сточных водах понижают;c) стадию отстаивания, на которой сточные воды, прошедшие стадию аэрации, практически разделяют на очищенную воду и ил;d) стадию рециркуляции ила, на которой по меньшей мере часть ила со стадии отстаивания направляют на стадию контактирования. Не прибегая к теоретическому обоснованию, авторы настоящего изобретения предполагают, что концентрацию растворенного кислорода в контактном резервуаре можно регулировать таким образом,чтобы часть популяций бактерий, удерживаемых на поверхности подложки, действовала в аэробных условиях, а другая часть этих популяций - в анаэробных условиях. Такое решение предлагается с целью оптимизации разрушения веществ, загрязняющих сточные воды, на стадии контактирования, поскольку аэробные процессы с участием бактерий могут обеспечить разрушение некоторых загрязняющих ве-2 018087 ществ, в то время как другие загрязняющие вещества и продукты аэробных процессов могут разлагаться посредством анаэробных бактериальных процессов. Далее, опять-таки не прибегая к теоретическому обоснованию, авторы настоящего изобретения предполагают, что можно влиять на состав популяции бактерий в сточных водах, свободно протекающих через резервуары, в которых выполняются стадия контактирования и стадия аэрирования, обеспечивая в сточных водах, проходящих обе упомянутые стадии, относительно низкую концентрацию растворенного кислорода (DO) по сравнению с концентрациями DO, обычно обнаруживаемыми в системах очистки сточных вод. Сточными водами называются воды, поступающие на очистку. Воды, проходящие различные стадии процесса, в описании настоящего изобретения также называются сточными водами и могут содержать, наряду с другими веществами, также бактерии, используемые в процессе (такие сточные воды часто называются в отрасли иловыми смесями). Микроорганизмы, используемые на стадии контактирования, большей частью удерживаются на поверхности подложки, хотя в описываемом процессе могут быть использованы как бактерии, удерживаемые на поверхности подложки, так и взвешенные бактерии, присутствующие в сточных водах. Время пребывания сточных вод на стадии контактирования (определяемое как частное от деления объема сточных вод на стадии контактирования на среднюю объемную скорость потока сточных вод) предпочтительно лежит в пределах от 5 мин до 3 ч, в зависимости от степени загрязненности сточных вод. Все микроорганизмы (или, по меньшей мере, их преобладающая часть) на стадии аэрации свободно движутся в иловой смеси, однако в дополнение к этим взвешенным микроорганизмам могут быть использованы другие микроорганизмы, связанные с поверхностями подложек, причем последние могут быть закреплены либо свободно двигаться в сточных водах. Время пребывания сточных вод на стадии аэрации (определяемое как частное от деления объема иловой смеси на стадии аэрации на среднюю объемную скорость потока сточных вод) в условиях соответствия концентрации растворенного кислорода(DO) в иловой смеси указанным ниже значениям, предпочтительно составляет от 4 ч до 1, 2, 3, 4 или более суток в зависимости от степени загрязненности сточных вод. Отношение времени пребывания сточных вод на стадии аэрации при регулируемых значениях концентрации DO, указанных ниже, ко времени пребывания сточных вод на стадии предпочтительно лежит в пределах от 15 до 90. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения концентрация растворенного кислорода на стадии контактирования составляет 2 мг/л или менее, 1,5 мг/л или менее либо 1 мг/л или менее, и факультативно составляет не менее чем 0,2 мг/л. Таким образом, сточные воды на стадии контактирования находятся предпочтительно в аэробных, а не в анаэробных условиях. Концентрация DO в сточных водах к моменту начала прохождения ими стадии аэрации относительно низка, а к концу прохождения иловой смесью этой стадии она еще ниже или даже равна нулю. Характер изменения концентрации DO на стадии контактирования и в процессе прохождения стадии аэрации выбирается в расчете на размножение и развитие бактерий, образующих эндоспоры. Биологическое напряжение к концу стадии аэрации (достигаемое вследствие пониженной концентрации DO и/или концентрации питательных для бактерий веществ, пониженной по сравнению с концентрацией, требуемой для нормального физиологического функционирования бактерий) способствует образованию спор таких бактерий, а условия биологического роста на стадии контактирования способствуют активированию и развитию эндоспор в вегетативные клетки, которые могут размножаться экспоненциально. Предполагается, что размножение бактерий, образующих эндоспоры, и образование и прорастание эндоспор способствует поддержанию благоприятных концентраций функциональных бактерий, как взвешенных в иловой смеси на протяжении стадий описываемого способа, так и удерживаемых на поверхности подложки на стадии контактирования. Соответственно, предпочтительно, чтобы концентрация DO в сточных водах к началу прохождения ими стадии аэрации и к концу прохождения ими стадии аэрации регулировалась таким образом, чтобы способствовать размножению и развитию бактерий, образующих эндоспоры, и протеканию жизненного цикла таких бактерий. Факультативно концентрация растворенного кислорода в сточных водах к началу прохождения ими стадии аэрации составляет от 0,5 до 2, от 0,2 до 1,5, от 0,5 до 1,5, от 0,2 до 1,5 или от 0,5 до 1 мг/л. Факультативно концентрация растворенного кислорода в сточных водах к концу прохождения ими стадии аэрации составляет от 0 до 1,0, от 0 до 0,5, от 0 до 0,25, от 0 до 1,0, от 0 до 0,1 или равна 0 мг/л. Сточным водам для прохождения стадии аэрации предпочтительно необходимо по меньшей мере 4,6, 8 или 10 ч и наиболее предпочтительно, чтобы по меньшей мере 1, 2, 3, 4 или 5 ч из этого времени сточные воды должны были находиться в условиях, когда концентрация растворенного кислорода в сточных водах соответствует значениям, указанным выше для конца стадии аэрирования. Концентрация растворенного кислорода в сточных водах предпочтительно ступенчато или непрерывно понижается при прохождении ими стадии аэрации. Таким образом, концентрации растворенного кислорода могут понижаться ступенчато или постепенно от начала к концу стадии аэрации; предпочтительно концентрация DO не меняется во времени циклически (т.е. намеренное поочередное повышение и понижение этой концентрации не производится). Поддержание концентрации растворенного кислорода на уровне желаемых значений, указанных выше, может достигаться путем регулирования поступления кислорода в сточные воды, в том числе прекращения подачи кислорода. Это обстоятельство имеет особое значение, поскольку потребность в кислороде сточных вод может изменяться во времени, в частности, при изменениях концентраций углеродсодержащих веществ и/или общего азота. Таким образом, поступление кислорода в сточные воды может регулироваться варьированием его подачи так, чтобы поддерживать концентрацию растворенного кислорода на уровне желаемых значений, указанных выше (т.е. путем увеличения или уменьшения подачи кислорода в сточные воды). Специалистам в отрасли известны многочисленные способы регулирования подачи кислорода в сточные воды, проходящие стадию контактирования и/или стадию аэрации. Например, на стадии контактирования некоторую конструкцию можно периодически извлекать из сточных вод и возвращать в них(предпочтительно посредством вращательного движения), обеспечивая тем самым механическое смешивание атмосферного кислорода со сточными водами. Такой конструкцией, эксплуатируемой на стадии контактирования, может быть по меньшей мере часть поверхности упомянутой подложки. Альтернативно или в дополнение к такому решению, кислород можно барботировать через сточные воды с помощью,например, перфорированной трубы. Выбрав способ введения кислорода в сточные воды, можно регулировать концентрацию растворенного кислорода в этих водах. Такое регулирование включает в основном этап контролирования, на котором измеряют концентрацию растворенного кислорода в сточных водах и сравнивают эту концентрацию с желаемым ее значением, и этап обратной связи, обеспечивающий управление средствами подачи кислорода в сточные воды с целью увеличения или уменьшения поступления кислорода таким образом,чтобы достичь вышеупомянутой желаемой концентрации растворенного кислорода. Факультативно, в дополнение к контролированию концентрации растворенного кислорода, для регулирования поступления кислорода можно также измерять окислительно-восстановительный потенциал. Например, если средством подачи кислорода является погруженная в сточные воды перфорированная труба, через которую барботируют кислород, и измеренная концентрация растворенного кислорода ниже заданного желаемого значения, то устройство обратной связи обеспечивает барботирование увеличенного количества кислорода, поступающего в сточные воды из упомянутой трубы. Если в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения или в дополнение к вышеописанному решению средство подачи кислорода выполнено в виде конструкции, периодически извлекаемой из сточных вод и погружаемой в них, то частота повторения извлечения и погружения упомянутой конструкции соответственно повышается или понижается. В описываемом способе могут использоваться как бактерии, удерживаемые на поверхности подложки на стадии контактирования, так и взвешенные бактерии, которые могут находиться в сточных водах на одной или нескольких стадиях способа по настоящему изобретению. На стадии аэрации предпочтительно используются только взвешенные бактерии (т.е. бактерии не удерживаются на поверхности подложки, как на стадии контактирования). Бактериями, пригодными для использования в способе по настоящему изобретению, являются бактерии, способные разлагать молекулы, включающие азот, углерод, серу, хлор, фосфор или любые комбинации этих элементов, которые могут присутствовать в сточных водах. Наиболее эффективными факторами такого разложения являются бактерии типов Firmicutes (особенно родов Bacillus и Clostridium), Proteobacteria и Bacteroidetes. Особое предпочтение отдается бактериям, образующим эндоспоры. Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения бактерии относятся к родам Bacilli иClostridia. Виды Bacillus и Clostridium предпочтительно активны на стадии контактирования, а на стадии аэрации предпочтительно активны виды Bacillus. Жизненный цикл как Bacilli, так и Clostridia включает рост (размножение) клеток, превращение клеток в эндоспоры (происходящее, когда клетки попадают,например, в условия недостатка питательных веществ), активацию эндоспор (происходящую при повторном попадании эндоспор в условия достаточного количества питательных веществ) с последующим прорастанием эндоспор и, наконец, разрастание новых вегетативных клеток (происходящее в условиях непрерывного присутствия питательных веществ). Особенно пригодными считаются бактерии рода Bacillus, при этом к наиболее предпочтительным видам относятся В. subtilis, В. vallismortis, В. amyloliquefaciens, В. licheniformis и В. megaterium или любые сочетания этих видов. При этом как полезные для осуществления настоящего изобретения рассматриваются также другие виды Bacillus, такие как В. brevis, В. cereus, В. formis, В. thuringiensis, В. polymyxa, В. popiolliae, В. stearothermophilus и В. sphaericus или любые сочетания этих видов. Соответственно все мутанты или варианты любых предпочтительных бактерий, указанных выше (в частности, способные образовывать эндоспоры и разлагать молекулы, включающие водород, азот, углерод, серу, хлор и/или фосфор), также могут быть пригодными для использования в настоящем изобретении. В процессе по настоящему изобретению могут удерживаться на поверхности подложки и/или сво-4 018087 бодно двигаться популяции бактерий разных видов. Однако предпочтительно, чтобы преобладала одна из популяций, упомянутых в предыдущих абзацах, в частности бактерии, образующие эндоспоры. В условиях, создаваемых в обычных установках с активным илом, конкурирующие бактерии опережают в росте бактерии, образующие эндоспоры, такие как Bacilli, которые присутствуют в относительно низких концентрациях. Напротив, условия, обеспечиваемые на каждой из стадий процесса по настоящему изобретению, способствуют жизненному циклу бактерий, образующих эндоспоры. Не прибегая к теоретическому обоснованию, авторы настоящего изобретения предполагают, что условия на стадии контактирования способствуют прорастанию эндоспор и росту бактерий, образующих эндоспоры, а условия на стадии аэрации способствуют росту упомянутых бактерий с последующим спорообразованием. Такие условия обеспечивают преобладание в процессе бактерий, образующих эндоспоры, поскольку низкие концентрации растворенного кислорода уменьшают скорость роста и понижают выживаемость бактерий других типов. Предполагается также, что эндоспоры улучшают характеристики оседания ила из сточных вод в отстойнике, и, таким образом, обработанная вода содержит очень низкие концентрации взвешенных твердых частиц. Кроме того, предполагается предрасположенность эндоспор к оседанию на биомассу и в биомассе в контактном резервуаре, где они прорастают, и результирующая популяция вегетативных клеток увеличивается. Подложкой может быть любая твердая фаза, способная физически удерживать оседающие на ней бактерии, так что бактерии вступают в физический контакт со сточными водами, проходящими стадию контактирования. Подложкой могут служить одно или несколько закрепленных тел, которые могут быть неподвижными или подвижными (например, диски, укрепленные на вращающемся валу) или одно или несколько тел, способных свободно перемещаться на стадии контактирования (т.е. взвешенные в жидкости частицы пластмассы, плавающие стеклянные или полистироловые шары). Согласно особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения подложка включает несколько дисков, установленных на валу. Эти диски могут быть частично погружены в сточные воды, причем доля погруженной части дисков может изменяться путем изменения высоты выходного водослива. Предпочтительно каждый диск погружен на глубину, равную приблизительно трети его диаметра. Вращательным движением дисков, которое может быть обусловлено вращением вала, на котором они закреплены, можно изменять положение части диска, погруженной в каждый данный момент времени. Таким образом, каждая часть диска попеременно попадает то в сточные воды, то в воздух. Изменением скорости вращения можно изменять частоту погружения конкретной части диска. Предпочтительно двигатель вращает вал со скоростью приблизительно 4 об/мин, так что каждая часть диска попеременно попадает то в воздух, то в сточные воды. Таким образом, удерживаемые бактерии в контактном резервуаре подвергаются воздействию воздуха, обеспечивающего поступление кислорода для биологической обработки. Скорость вращения можно устанавливать в соответствии с необходимой скоростью обработки и требуемой концентрации растворенного кислорода в сточных водах, проходящих стадию контактирования. Бактерии предпочтительно удерживаются на поверхности подложки путем образования на ней биопленки. Предпочтительно подложка выполнена из материала, способствующего образованию биопленки(т.е. из материала, к которому бактерии могут прикрепляться, образуя интегрированную биомассу, которая обладает биологической активностью как в объеме подложки, так и на ее поверхности). Было обнаружено, что особенно пригодной является подложка сетчатой структуры. Предпочтительно сетчатая структура имеет объем пустот, превышающий 60, 70, 80, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97 или 98%, но менее чем 100% ее общего объема. Подложка может быть выполнена из синтетического полимера, стойкого к биоразложению в сточных водах, может поддерживать биопленку и может быть выполнена в виде сетчатой конструкции. Примерами пригодных синтетических полимеров являются полипропилен, сложные полиэфиры, полиуретан, сополимеры простых полиэфиров с полиуретаном, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид и поливинилиденфторид или любое их сочетание. Процесс может быть дополнен альтернативной или дополнительной стадией дозирования активатора, на которой к сточным водам добавляется активатор, стимулирующий рост вышеупомянутых бактерий. Стадия дозирования активатора может выполняться перед, после или одновременно с любой стадией процесса, но предпочтительно во время стадии контактирования. Подходящие активаторы могут включать силикаты и/или магнийсодержащие соединения и другие питательные микрокомпоненты, особенно те, которые необходимы для бактерий, образующих эндоспоры. Однако часто сточные воды часто изначально содержат достаточные количества активаторов (факт, который можно определить путем химического анализа сточных вод); в этом случае стадия введения активаторов не является необходимой. Пропускание газа через сточные воды на стадии аэрации обусловлено двумя соображениями. Вопервых, пропускание газа обусловливает перемешивание сточных вод и, таким образом, способствует смешиванию их компонентов и поддержанию во взвешенном состоянии, наряду с другими составляющими, также и бактерий. Если интенсивность подачи газа недостаточна для поддержания бактерий во взвешенном состоянии, для этой цели можно использовать механическое перемешивание. Во-вторых,если в состав газа входит кислород, то газ можно использовать для вышеупомянутого регулирования концентрации растворенного кислорода в сточных водах (кислород способствует разложению загрязняющих веществ в сточных водах и росту бактерий). Соответственно, газ предпочтительно содержит кислород (как, например, воздух, воздух, обогащенный или частично обедненный кислородом, или кислород). Предпочтительно ил при рециркуляции осадка возвращается со стадии отстаивания непосредственно на стадию контактирования. Не прибегая к теоретическому обоснованию, авторы настоящего изобретения предполагают, что эндоспоры, образующиеся в способе по настоящему изобретению, посредством рециркуляции ила возвращаются на стадию контактирования. Возвращенные эндоспоры могут активироваться и удерживаться на поверхности подложки или в подложке (где они прорастают и образуют вегетативные клетки) либо оставаться взвешенными в течение всего процесса. Таким образом, предполагается, что включение стадии рециркуляции ила повышает эффективность обработки, выполняемой в контактном резервуаре и/или в аэротенке, и тем самым, суммарную эффективность процесса в целом. Осадок со стадии отстаивания и/или сточные воды со всех стадий могут переходить с одной стадии на другую и возвращаться в цикл. Рециркуляция может осуществляться пассивным перемещением (если поток сточных вод обусловлен действием силы тяжести) или активным перемещением (в тех случаях,когда сточные воды или отстой перемещают между резервуарами перекачиванием или засасыванием). Для облегчения осаждения (т.е. отделения жидкости от твердой фазы) на стадии отстаивания эту стадию проводят предпочтительно в режиме покоя (например, в отсутствие пропускания газов через сточные воды и перемешивания сточных вод на этой стадии). На стадии отстаивания компоненты сточных вод, более тяжелые, чем вода, опускаются на дно резервуара, в котором проходит эта стадия. Вода и более легкие компоненты сточных вод образуют надосадочную фазу. Такое разделение предпочтительно происходит в пассивном режиме, под действием силы тяжести. Однако разделение можно осуществлять в условиях дополнительного или альтернативного вращательного движения сточных вод, обеспечиваемого на стадии отстаивания (т.е. при воздействии центробежных сил на сточные воды) либо путем принудительного пропускания сточных вод через фильтр, через который может проходить только вода. Способпо настоящему изобретению может дополнительно включать стадию удаления осадка, на которой осадок со стадии отстаивания удаляют из процесса, например, в резервуар-накопитель, или выводят из установки, в которой производится процесс. Таким образом, осадок из отстойника может быть возвращен в цикл на стадии рециркуляции ила, и/или удален на стадии удаления осадка. Вследствие оседания ила, содержащего воду и твердые компоненты, в отстойнике на стадии отстаивания он образует в нижней части отстойника "иловый слой". Этот слой накапливается на дне отстойника, причем естественным образом формируется четкая поверхность раздела между упомянутым слоем и надосадочной жидкостью. При удалении осадка со стадии отстаивания на стадии рециркуляции ила и/или на стадии удаления осадка в нижней части отстойника возникает направленный вниз конвективный поток, в типичных случаях имеющий скорость в пределах от 0,4 до 0,8 м/ч. Кроме того, твердые компоненты осадка естественным образом движутся вниз под действием силы тяжести с типичной скоростью от 0,1 до 0,5 м/ч относительно конвективного потока, в зависимости от характеристик оседания твердых компонентов и конкретных условий эксплуатации в данный момент. Вследствие конвективного потока и естественного осаждения суммарная скорость движения твердых компонентов осадка в типичных случаях составляет от 0,5 до 1,3 м/ч. Расстояние, которое должен пройти осадок, в типичных случаях может составлять от 1,0 до 2 м в зависимости от конкретных условий работы. Таким образом, в типичных случаях время пребывания твердых компонентов осадка, включающих бактерии, в отстойнике может составлять 1, 2, 3 или 4 ч, в зависимости от вышеупомянутых факторов. На протяжении этого периода продолжается спорообразование спорообразующих бактерий, так что концентрация эндоспор в потоке рециркулирующего ила и в удаляемом осадке выше, чем в иловой смеси, поступающей на стадию разделения. Однако степень спорообразования, происходящего на стадии разделения, не является постоянной вследствие непостоянного времени пребывания на стадии разделения твердых компонентов осадка, содержащих эндоспоры и спорообразующие бактерии. Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения, удаление осадка из отстойника (в процессе рециркуляции ила и/или удаления осадка) регулируется таким образом, что присутствующие в осадке бактерии удерживаются в иле в течение времени, оптимального для спорообразования. Удаление осадка регулируется путем варьирования скорости отведения ила со стадии отстаивания между высоким и низким значениями. При высокой скорости удаления осадка количество последнего,удаляемого в единицу времени со стадии отстаивания, превышает количество осадка, поступающее на эту стадию и оседающее в процессе отстаивания в единицу времени. Напротив, при низкой скорости удаления осадка количество последнего, удаляемое в единицу времени, меньше количества осадка, поступающего на эту стадию и оседающего в процессе отстаивания в единицу времени. Таким образом,переходы между этими двумя режимами удаления осадка вызывают колебания верхнего уровня илового слоя в отстойнике. Амплитуда таких колебаний может регулироваться путем измерения глубины илового слоя, сопоставления полученного результата с заданной глубиной и использования системы обратной связи, обеспечивающей увеличение или уменьшение скорости удаления осадка с целью достижения заданной глубины. Следует отметить, что глубина илового слоя является функцией времени, необходимого для оседания ила на стадии отстаивания. Для мониторинга глубины илового слоя можно применить, например, два датчика положения поверхности раздела илового слоя, установленных в отстойнике на двух различных уровнях, например на высоте 1,5 м и 1,75 м над основанием стенки (в типичных случаях общая высота стенки составляет 3,03,5 м). Когда верхний датчик выдает сигнал наличия поверхности раздела илового слоя, устройство обратной связи срабатывает, обеспечивая изменение скорости удаления ила из отстойника с низкой на высокую. Если сигнал наличия поверхности раздела илового слоя поступает от нижнего датчика, то устройство обратной связи срабатывает, обеспечивая изменение скорости удаления ила из отстойника с высокой на низкую. Таким образом, можно обеспечить стабильное время пребывания твердых компонентов ила на уровне приблизительно 3 ч и оптимальную степень спорообразования. Удаление ила регулируется таким образом, что линейная скорость направленного вниз конвективного потока ила на стадии отстаивания составляет в типичных случаях от 0,2 до 1,0 м/ч. Кроме того, линейная скорость оседания твердых компонентов в объеме ила на стадии отстаивания в типичных случаях лежит в пределах от 0,1 до 0,5 м/ч в зависимости от характеристик оседания ила и рабочих условий. Таким образом, суммарную скорость перемещения вниз твердых компонентов ила в иловом слое на стадии отстаивания можно регулировать в типичных пределах от 0,3 до 1,5 м/ч. Поэтому время пребывания ила в иловом слое на стадии отстаивания можно регулировать в пределах от 1 до 3 ч, тем самым повышая степень спорообразования предпочтительных бактерий. Согласно альтернативному варианту в процессе рециркуляции ила последний может удаляться из отстойника и проходить отдельную стадию спорообразования. Время пребывания ила на стадии спорообразования предпочтительно составляет от 1 до 3 ч. Ил предпочтительно проходит через резервуар для спорообразования в режиме "поршневого потока", так что вся масса ила удерживается в резервуаре в течение практически одинакового времени. Гидродинамические условия поршневого режима можно обеспечить путем установки в резервуаре перегородок для создания зигзагообразного потока либо в горизонтальной, либо в вертикальной плоскости. Резервуар для спорообразования можно аэрировать, однако концентрация растворенного кислорода в иле, проходящем через этот резервуар, в целях обеспечения оптимальных условий спорообразования предпочтительно не должна превышать 0,3 мг/л. Сточные воды подвергаются аэрации после прохождения стадии контактирования и поступают на стадию отстаивания после прохождения стадии аэрации. Предпочтительно сточные воды поступают на каждую из упомянутых стадий непосредственно после прохождения предыдущей, однако могут предусматриваться дополнительные промежуточные и добавочные стадии, например любое сочетание перечисленных ниже стадий: стадия усреднения, предшествующая стадии контактирования, где сточные воды накапливаются и откуда подаются на стадию контактирования с практически постоянной скоростью потока. Любая стадия рециркуляции или несколько стадий рециркуляции, описанных в настоящем документе, могут также возвращать сточные воды или ил на стадию усреднения; стадия удаления обработанной воды, где удаляют надосадочную жидкость, образующуюся на стадии отстаивания; стадия рециркуляции сточных вод, на которой сточные воды, выходящие со стадии аэрации, возвращают на стадию контактирования; дополнительная стадия рециркуляции сточных вод, на которой сточные воды, выходящие со стадии аэрации, возвращают на стадию аэрации; дополнительная стадия рециркуляции ила, на которой ил возвращают на стадию аэрации; стадия процеживания, на которой сточные воды пропускают через решетку с целью удаления твердых компонентов (например, сточные воды перед подачей на стадию контактирования предпочтительно пропускают через сетку с размером отверстий менее чем 10 мм); стадия удаления песка, на которой сточные воды проходят через резервуар для отстаивания, в котором отделяют песок и другие дисперсные частицы, легко осаждающиеся из сточных вод; стадия микрофильтрования, на которой обработанная вода со стадии отстаивания проходит через один или несколько фильтров и/или резервуаров для дополнительного повышения качества очищенной воды; и стадия дезинфекции, на которой очищенную вода дезинфицирует, например, путем обработки хлором или другим дезинфицирующим средством либо облучением ультрафиолетовым светом. Кроме того, предусмотрено, что в состав изобретения могут быть включены дополнительные способы повышения эксплуатационных характеристик системы в качестве средства, повышающего ее общую эффективность, даже в случае, если эффективность, обеспечиваемая настоящим изобретением, является достаточной для большинства областей применения, включающих удаление из сточных вод углеродсодержащих веществ с одновременным удалением или без удаления общего азота и/или общего фосфора. Однако может возникнуть необходимость повышения эксплуатационных характеристик системы в случаях, когда требуется очень высокая эффективность, и такое повышение может быть достигнуто вве-7 018087 дением в изобретение дополнительных стадий очистки, известных специалистам в отрасли. Например, эффективность удаления из сточных вод общего азота и/или восстановленных форм азота (главным образом, аммиачного азота и/или органического азота) можно повысить путем включения дополнительной стадии аэрации между стадией аэрации (включающей регулирование концентрации DO,как описано выше) и стадией разделения, с тем чтобы сточные воды после стадии аэрации проходили дополнительную стадию аэрации, после чего поступали на стадию разделения. Цель этой дополнительной стадии аэрации заключается в повышении степени биологической нитрификации (превращения восстановленных форм азота в нитратный азот), и для этой цели оптимальная концентрация DO в сточных водах на дополнительной стадии аэрации должна составлять приблизительно 2 мг/л. Если цель заключается в дополнительном повышении эффективности стадии нитрификации, обеспечиваемой настоящим изобретением, то может быть применена рециркуляция сточных вод с выхода стадии аэрации, как описано выше. Если цель заключается в повышении степени удаления общего азота, обеспечиваемой настоящим изобретением, то может быть применена рециркуляция сточных вод с выхода дополнительной стадии аэрации, так что возвратные нитраты в сточных водах могут быть денитрифицированы (до молекулярного азота) на стадии контактирования и/или на стадии аэрации. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения непосредственно после дополнительной стадии аэрации в процесс может быть включена отдельная стадия денитрификации для восстановления нитратов в сточных водах до молекулярного азота. На дополнительной стадии аэрации и на любой отдельной стадии денитрификации могут быть применены неподвижные или взвешенные подложки для бактерий с целью повышения эффективности этих стадий. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения степень удаления из сточных вод общего фосфора можно повысить путем введения на соответствующих стадиях химических реагентов для осаждения необходимого количества фосфора в виде нерастворимых фосфатов. К таким реагентам относятся соли железа и алюминия (обычно хлориды или сульфаты). Реагенты можно вводить на стадии контактирования или на стадии аэрации. Осажденные фосфаты выводятся из системы обработки по настоящему изобретению на стадии удаления осадка и могут быть обработаны и удалены вместе с осадком. Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается станция очистки сточных вод, содержащая:(a) контактный резервуар, содержащий подложку, на поверхности которой удерживаются бактерии,расположенную таким образом, чтобы входить в контакт со сточными водами, находящимися в контактном резервуаре;(b) аэротенк, содержащий устройство для пропускания газа через сточные воды, находящиеся в этом аэротенке;(c) коммуникацию между контактным резервуаром и аэротенком, по которой сточные воды могут поступать из контактного резервуара в аэротенк;(e) коммуникацию между аэротенком и отстойником, по которой сточные воды могут поступать из аэротенка в отстойник;(f) коммуникацию между отстойником и контактным резервуаром, по которой осадок может поступать из отстойника в контактный резервуар; и(g) устройство для регулирования концентрации растворенного кислорода в сточных водах, способное поддерживать концентрацию растворенного кислорода в сточных водах, находящихся в контактном резервуаре, на уровне 2,0 мг/л или менее и снижать концентрацию растворенного кислорода в сточных водах при их прохождении через аэротенк или аэротенки. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения процесс в соответствии с первым аспектом осуществляется в установке, соответствующей второму аспекту настоящего изобретения. Таким образом, в частности, бактерии, газ и подложка в первом и втором аспектах изобретения предпочтительно являются одинаковыми. Кроме того, в частности, концентрация растворенного кислорода, время прохождения сточными водами стадии контактирования и/или стадии аэрации, время прохождения илом стадии отстаивания, и устройства для регулирования и обратной связи, рассмотренные в описании первого аспекта настоящего изобретения, идентичны соответствующим условиями в соответствующих резервуарах по второму аспект/ изобретения (т.е. условия на стадии контактирования идентичны условиям в контактном резервуаре). Подложка может быть соединена с контактным резервуаром, предпочтительно внутри контактного резервуара. Устройство для регулирования концентрации растворенного кислорода в сточных водах предпочтительно содержит устройство для измерения концентрации растворенного кислорода и устройство для регулирования подачи кислорода. В качестве устройства для измерения концентрации растворенного кислорода может быть применено любое известное специалистам в отрасли устройство, обеспечивающее измерение концентрации растворенного кислорода в сточных водах и сопоставление полученного результата с заданным значением. Измерительные устройства соединены с контактным резервуаром и/или с аэротенком для обеспечения возможности отбора проб и сточных вод, находящихся в соответствующих резервуарах, и выполнения измерений на этих пробах. Устройством регулирования подачи кислорода может быть, например, конструкция, периодически извлекаемая из сточных вод с последующим погружением в них (предпочтительно путем вращательного движения). В качестве особо предпочтительного примера такой конструкции в настоящем описании рассмотрены диски, закрепленные на вращающемся валу. В качестве альтернативного или дополнительного устройства для регулирования подачи кислорода может быть использована перфорированная труба, погруженная в сточные воды, через которые барботируют кислород. Устройство для регулирования концентрации растворенного кислорода может дополнительно содержать функциональную связь между измерительным устройством и устройством регулирования подачи кислорода, причем количество кислорода, обеспечиваемое устройством регулирования подачи, определяется изменениями концентрации растворенного кислорода в сточных водах по сравнению с требуемой концентрацией растворенного кислорода, определяемой измерительным устройством. Регулирование подачи кислорода может осуществляться также путем задания количества работающих аэрационных устройств, расположенных на определенной площади аэротенка (аэротенков). Альтернативно или дополнительно вместо устройства для измерения концентрации растворенного кислорода либо в сочетании с таким устройством для регулирования подачи кислорода может быть применено устройство для измерения окислительно-восстановительного потенциала (редокс-потенциала). Для пропускания газа через сточные воды могут быть применены различные устройства. Например,аэротенк может быть снабжен трубой с несколькими отверстиями, распределенными вдоль нее, через которые может проходить газ, поступающий в трубу, или в часть днища аэротенка может быть вмонтирована решетка, через которую газ выходит в аэротенк. Устройства для пропускания газа могут использоваться также в качестве средств регулирования подачи кислорода. Установка по настоящему изобретению может содержать несколько контактных резервуаров, аэротенков и/или отстойников. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения установка содержит несколько аэротенков, наиболее предпочтительно четыре аэротенка. При использовании нескольких аэротенков они могут быть соединены в группы таким образом, чтобы сточные воды, обрабатываемые в установке, проходили через все аэротенки. Такое расположение обеспечивает возможность режима регулирования концентрации кислорода в каждом отдельном аэротенке, при котором она не превышает концентрации в предыдущих аэротенках. Согласно особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения устройство для регулирования концентрации растворенного кислорода в сточных водах настроено так, чтобы концентрация растворенного кислорода в первом аэротенке превышала концентрацию в последнем аэротенке группы. Этот аэротенк может эксплуатироваться без аэрации и с механическим перемешиванием для удерживания бактерий во взвешенном состоянии. Между отстойником и контактным резервуаром предпочтительно предусмотрена коммуникация, по которой ил из отстойника поступает непосредственно в контактный резервуар. Между аэротенком и контактным резервуаром предпочтительно предусмотрена коммуникация, по которой сточные воды из аэротенка поступают непосредственно в контактный резервуар. Коммуникациями по настоящему изобретению предпочтительно являются трубопроводы. Если резервуар находится на более высокой отметке относительно следующего резервуара системы, то жидкость перемещается из первого резервуара во второй самотеком. Поэтому согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения два или более резервуаров для последовательных стадий расположены на относительных высотных отметках, обеспечивающих необходимое направление потоков сточных вод, ила или очищенной воды. Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения: (i) контактный резервуар расположен на более высокой отметке относительно аэротенка; (ii) аэротенк расположен на более высокой отметке относительно отстойника. Альтернативно или дополнительно в установку могут быть включены перекачивающие устройства, которые нагнетают или откачивают сточные воды между резервуарами. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения отстойник может содержать датчики уровня илового слоя. В отстойнике могут быть смонтированы по меньшей мере два датчика уровня илового слоя, установленных на различной высоте над днищем отстойника (например, один датчик на высоте 1,5 м от днища, а второй - на высоте 1,75 м от днища). Предпочтительно, когда верхний датчик выдает сигнал наличия поверхности раздела илового слоя,устройство обратной связи срабатывает, обеспечивая изменение скорости удаления ила из отстойника с низкой на высокую. Когда нижний датчик выдает сигнал наличия надосадочной жидкости (содержащей сравнительно небольшое количество взвешенных твердых частиц), то устройство обратной связи срабатывает, обеспечивая изменение скорости удаления ила с высокой на низкую. С целью облегчения оседания в отстойнике последний предпочтительно не содержит устройств для пропускания газа. Отстойник может содержать устройство для удаления обработанной воды; такое устройство предпочтительно содержит переливной порог, через который может переливаться присутствующая в отстойнике надосадочная жидкость, содержащая очищенную воду. Кроме того, установка может содержать коммуникацию для удаления ила, обеспечивающую воз-9 018087 можность удаления ила из отстойника. Коммуникация для удаления ила может сообщаться с накопителем ила или иметь выход за пределы установки. Таким образом, ил из отстойника может возвращаться в процесс с помощью коммуникации между отстойником и контактным резервуаром и/или выводиться через коммуникацию для удаления ила. Сточные воды поступают в аэротенк после прохождения через контактный резервуар и поступают в отстойник после прохождения через аэротенк. Предпочтительно сточные воды поступают в каждый из упомянутых резервуаров непосредственно из предыдущего, однако могут также предусматриваться промежуточные и дополнительные резервуары, например контактному резервуару может предшествовать уравнивающий резервуар, в котором сточные воды накапливаются и затем поступают с практически постоянной скоростью потока в контактный резервуар. Могут быть предусмотрены коммуникации, обеспечивающие возможность одной или нескольких стадий рециркуляции, описанных в настоящем документе, путем возврата ила или сточных вод в уравнивающий резервуар; коммуникация, предусмотренная между аэротенком и контактным резервуаром, по которой сточные воды, выходящие из аэротенка, поступают в контактный резервуар; коммуникация между отстойником и аэротенком, по которой ил, накапливающийся в отстойнике,поступает в аэротенк; крупноячеистая сетка, расположенная перед контактным резервуаром поперек потока сточных вод; и/или мембрана для микрофильтрования, установленная поперек потока очищенной воды на выходе из отстойника. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения процесс по первому аспекту изобретения производится в установке по второму аспекту. Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается способ, описанный выше со ссылками на фигуры. Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается установка, описанная выше со ссылками на фигуры. Ниже предлагаемое изобретение описано в качестве примера со ссылками на прилагаемые фигуры,где на фиг. 1 представлена технологическая схема станции для очистки сточных вод, соответствующей настоящему изобретению; на фиг. 2 представлены показатели БПК (BOD) станции; на фиг. 3 представлены показатели станции по общему азоту; на фиг. 4 представлены показатели станции по общему фосфору. 1. Описание экспериментов. Настоящее изобретение было испытано технологическим отделом заявителя путем создания полномасштабной станции очистки сточных вод при скотобойне. Бойня была оборудована ранее сооруженной станцией очистки сточных вод с применением обычного процесса с активным илом (см. традиционный процесс биологической очистки, описанный во вводной части настоящего документа), однако эта установка оказалась перегруженной и неспособной обеспечить достаточную степень очистки. В новую станцию были включены различные резервуары из прежней станции, в том числе аэротенки. Ниже описаны новая станция и ее эксплуатационные характеристики, полученные при исследовании. Полученные характеристики были исключительно высокими и иллюстрировали высокую эффективность обработки по способу, описанному в настоящем патенте. 1.1. Проектные требования. В табл. 1 представлены значения скорости потока и показателей загрязненности, примененные при проектировании новой станции очистки сточных вод для скотобойни. Значения скорости потока и загрязненности были определены измерением на месте. Концентрации, представленные в правой колонке таблицы, являются расчетными значениями, полученными путем деления максимальной загрязненности на максимальную среднесуточную скорость потока. Таблица 1 Проектные критерии для станции очистки сточных вод скотобойни Примечание: БПК 5 означает 5-суточное БПК при подавлении ATU. Четыре показателя взвеси/концентрации в табл. 1 являются ключевыми характеристиками загрязнения, как описано выше в настоящем патенте. Чтобы охарактеризовать сточные воды бойни, в табл. 2 сопоставлены свойства этих сточных вод с показателями коммунально-бытовых сточных вод. Это сопоставление показывает, что по концентрации загрязнений сточные воды бойни превышают коммунально-бытовые сточные воды в несколько раз, однако содержат меньшие относительные количества азота (TN) и фосфора (ТР). Таблица 2 Показатели сточных вод бойни В табл. 3 представлен стандарт качества очищенных сточных вод, указывающий максимальные концентрации для каждого показателя. В таблице указаны также требуемые значения степени удаления для различных показателей, рассчитанные на основании их концентраций в сточных водах (табл. 1) и в очищенной воде (табл. 3). Представленные в табл. 3 критерии указывают на жесткость стандарта, требующего высокой степени очистки для достижения соответствия его требованиям. Таблица 3 Обязательные критерии стандарта качества очищенных сточных вод 1.2. Описание станции очистки. Технологическая схема станции очистки сточных вод представлена на фиг. 1. Станция включает решетки (не показанные на фигуре), уравнивающий резервуар, три контактных резервуара (с устройством для контактирования в каждом из них), аэротенк, фактически разделенный на три последовательные зоны, и стадию отстаивания, включающую резервуар-отстойник. Избыток ила, образующегося при очистке, сгущается в гравитационном сгустителе (не показанном на фигуре), а затем обезвоживается в центрифуге (не показанной на фигуре) с получением отжатого осадка, удаляемого в отвал. Фильтрование сточных вод через решетки и сгущение и обезвоживание осадка являются технологическими процессами, хорошо известными специалистам в отрасли. 1.2.1. Проектные критерии. Уравнивающий резервуар имеет объем 878 м 3, что эквивалентно времени пребывания приблизительно 24 ч при проектном значении среднесуточной скорости потока. Назначением уравнивающего резервуара является накопление потока сточных вод с бойни и обеспечение непрерывного поступления сточных вод в станцию очистки с приблизительно постоянной скоростью в течение суток и (насколько возможно) от суток к суткам. Сточные воды в этом резервуаре перемешиваются для предотвращения оседания твердых компонентов сточных вод на дно резервуара. Стадия контактирования предусматривает три ротационных контактных устройства, которые в данном случае установлены в трех отдельных контактных резервуарах. Как правило, в одном резервуаре могут быть установлены несколько контактных устройств. Каждое контактное устройство в рассматриваемом случае может удалять максимум 300 кг БПК 5/сутки. Кроме того, стадия контактирования рассчитана на удаление 50% количества БПК 5 в сточных водах, остальное количество должно обрабатываться в аэротенке. Использование трех контактных устройств обеспечивает небольшой запас "прочности" (6%). Каждое ротационное контактное устройство содержит вал, на котором смонтированы 30 дисков,выполненных из сетчатого материала описанного выше типа. Этот материал имеет пористость приблизительно 94%. Диски имеют диаметр приблизительно 2 м, толщину 50 мм и расстояние между их центрами по оси вала составляет 100 мм. Размеры каждого контактного резервуара составляют приблизительно 4,52,5 м в плане и приблизительно 2,5 м в высоту. Аэротенк, являвшийся ранее частью прежней станции очистки, имеет общую вместимость 990 м 3 и обеспечивает время пребывания 26,4 ч при проектном значении среднесуточной скорости потока сточных вод. Аэротенк фактически разделен на три последовательные зоны одинакового размера. Во всех трех зонах производится аэрация, а в последней зоне производится дополнительное механическое перемешивание для обеспечения устойчивости суспензии бактерий в иловой смеси. Аэрация и перемешивание выполняются обычными способами и хорошо известны специалистам в отрасли. Отстойник имеет диаметр 11 м, что обеспечивает скорость восходящего потока 0,57 м/ч при проектном значении максимальной среднечасовой скорости потока сточных вод. Резервуар обычной конструкции имеет высоту стенки 3,5 м и снабжен механическим скребком. Как показано на фиг. 1, станция очистки имеет четыре обратных потока, обозначенных как возврат ила "А", возврат ила "В", возврат иловой смеси "А" и возврат иловой смеси "В". Суммарная скорость двух обратных потоков ила и двух обратных потоков иловой смеси составляет 1300 м 3/сутки, что дает суммарную скорость обратных потоков 2600 м 3/сутки. Два возвратных потока "А" могут быть частично или полностью направлены в уравнивающий резервуар или в камеру, расположенную непосредственно за уравнивающим резервуаром по направлению потока. Направление некоторой части возвратных потоков в уравнивающий резервуар обеспечивает преимущество, заключающееся в устранении запаха сточных вод, находящихся в этом резервуаре, и при этом не приводит к ухудшению эффективности очистки. Значения рабочих скоростей четырех возвратных потоков представлены в следующем разделе. 1.2.2. Рабочие параметры. В табл. 4 представлены основные рабочие параметры станции очистки. Эта конкретная станция очистки не оборудована системой автоматического регулирования концентраций DO в зонах аэротенка и в контактных резервуарах. Вместо этого подача воздуха в зоны аэротенка время от времени регулируется вручную, исходя из требования поддержания концентраций DO в пределах диапазонов, указанных в таблице. Аналогично, концентрации DO в контактных резервуарах регулируются путем варьирования скорости вращения роторов. Концентрации взвешенных твердых веществ в иловой смеси, указанные в таблице, регулируются путем изменения скорости потока избыточного ила; этот способ обычно применяется в установках с активным илом. Таблица 4 Рабочие параметры 1.3. Эксплуатационные характеристики станции. Исследование эксплуатационных характеристик станции с целью измерения основных показателей,характеризующих загрязнение, производилось в течение двух месяцев. В течение всего периода исследования станция работала с полной нагрузкой как в гидравлическом отношении, так и в отношении органических загрязняющих веществ. Результаты исследования представлены на фиг. 2-4. Каждая точка на этих фигурах относится к среднему значению показателя за соответствующую неделю, определенному путем усреднения нескольких индивидуальных значений, относящихся к различным суткам в пределах недели. Через несколько суток после начала исследования работа станции была улучшена путем более точной установки концентраций DO (путем подбора положений вентилей регулирования аэрации) в контактных резервуарах и в зонах аэрации и более частого регулирования их положений вручную. Как видно из представленных результатов, это способствовало изменению эксплуатационных характеристик станции в сторону их улучшения на протяжении исследования. На фиг. 2 представлены значения ХПК (измеренные с применением бихроматного метода) и значения БПК обработанной воды. Измерения ХПК дают низкие значения по сравнению со значениями, полученными с очистных предприятий, очищающих такие же сильно загрязненные сточные воды, и указывают на тенденцию улучшения эксплуатационных характеристик. По соображениям целесообразности значения БПК 5 (аналитическая методика определения которых требует длительного времени) оценивались на основании измеренных значений ХПК с использованием следующей ранее установленной формулы: БПК 5=(ХПК-33)/3,0 Согласно этим определениям БПК 5 очищенной воды, как правило, составляет менее чем 10 мг/л, и среднее его значение на заключительной стадии исследования (после проявления эффекта улучшения режима эксплуатации) составляло лишь 7 мг/л. Степень удаления БПК 5 из сточных вод превышала 99%,что указывает на очень высокую эффективность очистки. Из фиг. 3 следует, что на заключительной стадии исследования станция очистки обеспечивала снижение концентрации TN в сточных водах с 300 мг/л до значений менее чем 10 мг/л, что соответствует степени удаления более чем 95%. Из фиг. 4 видно, что концентрации ТР в очищенной воде составляли,как правило, менее чем 3 мг/л, что соответствует степени удаления более чем 85%. Эксплуатационные характеристики, достигнутые на станции очистки, были чрезвычайно высокими,особенно на заключительной стадии исследования, демонстрирующими высокую эффективность очистки по способу, описанному в настоящем патенте. Специалист в отрасли может разработать установку с активным илом обычного типа, обеспечивающую очистку сточных вод бойни с аналогичной эффективностью, однако маловероятно, что такая установка могла бы обеспечить (без применения третичной очистки) получение очищенной воды с такой высокой степенью очистки, какая достигается в вышеописанной установке. Установка с активным илом, разработанная с расчетом на удаление из сточных вод бойни углеродсодержащих и питательных для растений веществ (TN и ТР), потребовала бы применения ряда последовательных биологических реакторов и отстойника. Ряд биологических реакторов должен был бы включать анаэробный реактор (работающий без аэрации), бескислородный реактор (работающий без аэрации или при слабой аэрации) и аэробный реактор (как правило, работающий при концентрациях DO 2 мг/л или выше). Специалисту в отрасли ясно, что необходимый суммарный объем реакторов трех типов в установке с активным илом по меньшей мере втрое превышал бы объем аэротенка, примененного в вышеописанной станции очистки. Таким образом, станция очистки, описанная выше, способна обеспечить более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с известной установкой с активным илом, и при этом она требует реакторы значительно меньшего объема. Высокая эффективность общей очистки обусловлена наличием стадии контактирования в сочетании с рабочими условиями, способствующими росту, выживанию и рециркуляции эндоспор и спорообразующих бактерий на стадии контактирования и стадии аэрации, как описано в настоящем патенте. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки сточных вод, включающий:a) стадию контактирования, на которой сточные воды контактируют с бактериями, удерживаемыми на поверхности подложки, причем концентрацию растворенного кислорода в сточных водах поддерживают на уровне 1,0 мг/л или ниже;b) стадию аэрации, на которой через сточные воды, прошедшие стадию контактирования, пропускают газ, причем при прохождении сточными водами стадии аэрации концентрацию растворенного кислорода в сточных водах понижают;c) стадию отстаивания, на которой сточные воды, прошедшие стадию аэрации, в существенной степени разделяют на очищенную воду и ил; иd) стадию рециркуляции ила, на которой по меньшей мере часть ила со стадии отстаивания направляют на стадию контактирования. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в сточных водах на стадии контактирования поддерживают в пределах от 0,2 до 1,0 мг/л. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в сточных водах на стадии контактирования поддерживают в пределах от 0,5 до 1,0 мг/л. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что концентрация растворенного кислорода в сточных водах к началу прохождения ими стадии аэрации составляет от 0,5 до 1,0 мг/л. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что концентрация растворенного кислорода в сточных водах к концу прохождения ими стадии аэрации составляет от 0 до 0,3 мг/л. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сточные воды проходят стадию аэрации в течение по меньшей мере 4 ч. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в сточных водах поддерживают в вышеупомянутых пределах путем регулирования поступления кислорода в сточные воды. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что концентрацию растворенного кислорода в сточных водах при прохождении ими стадии аэрации непрерывно понижают, причем это непрерывное понижение концентрации поддерживают путем регулирования поступления кислорода в сточные воды, причем регулирование поступления кислорода включает этап контролирования, на котором измеряют концентрацию растворенного кислорода в сточных водах и сравнивают эту концентрацию с желательным ее значением, и этап обратной связи, обеспечивающий управление средствами подачи кислорода в сточные воды с целью увеличения или уменьшения поступления кислорода таким образом,чтобы достичь вышеупомянутой желательной концентрации растворенного кислорода. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что бактериями являются спорообразующие бактерии. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что бактерии относятся к классам Bacillus и/или Clostridium. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что бактериями являются В. subtilis, В. vallismortis, В. amyloliquefaciens, В. licheniformis и В. megaterium или любые сочетания этих видов. 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что бактериями являются мутанты или варианты вышеупомянутых бактерий, способные образовывать споры и разлагать молекулы,включающие водород, азот, углерод, серу, хлор и/или фосфор. 13. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что бактериями являются популяции смешанных видов с преобладанием бактерий, упомянутых в любом из пп.9-12. 14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ил образует в отстойнике иловый слой, высоту этого слоя поддерживают на уровне 1 м или более. 15. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ил образует в отстойнике иловый слой, причем ил, удерживаемый в этом слое, оседает по отстойнику с направленной вниз линейной скоростью от 0,3 до 1,5 м/ч. 16. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ил удерживают в отстойнике в течение 1 ч или более. 17. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что подложкой является сетчатая структура с пустотами, составляющими более чем 92% общего объема сетчатой структуры. 18. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что подложка содержит один или несколько следующих синтетических полимеров: полипропилен, сложные полиэфиры, полиуретан,сополимеры простых полиэфиров с полиуретаном, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид и поливинилиденфторид или любое их сочетание. 19. Станция очистки сточных вод, содержащая:(a) контактный резервуар, содержащий подложку, на поверхности которой удерживаются бактерии,расположенную таким образом, чтобы входить в контакт со сточными водами, находящимися в контактном резервуаре;(b) аэротенк, содержащий устройство для пропускания газа через сточные воды, находящиеся в этом аэротенке;(c) коммуникацию между контактным резервуаром и аэротенком, по которой сточные воды могут поступать из контактного резервуара в аэротенк;(e) коммуникацию между аэротенком и отстойником, по которой сточные воды могут поступать из аэротенка в отстойник;(f) коммуникацию между отстойником и контактным резервуаром, по которой осадок может поступать из отстойника в контактный резервуар; и(g) устройство для регулирования концентрации растворенного кислорода в сточных водах, способное поддерживать концентрацию растворенного кислорода в сточных водах, находящихся в контактном резервуаре, на уровне 1,0 мг/л или менее и снижать концентрацию растворенного кислорода в сточных водах при их прохождении через аэротенк или аэротенки.
МПК / Метки
МПК: C02F 3/00, C02F 3/34, C02F 3/30
Метки: растворенного, способ, концентрации, сточных, станция, очистки, кислорода, регулированием, вод
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/17-18087-sposob-i-stanciya-ochistki-stochnyh-vod-s-regulirovaniem-koncentracii-rastvorennogo-kisloroda.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и станция очистки сточных вод с регулированием концентрации растворенного кислорода</a>
Предыдущий патент: Керамические оксиды в форме нанокристаллических сферических частиц, способ их синтеза и их применение
Следующий патент: Имидазолилбифенильные имидазолы в качестве ингибиторов вируса гепатита с
Случайный патент: Печь для термической обработки пищевых продуктов