SBR реакторы последовательного действия

Разница работы циклического биологического реактора от реакторов постоянного действия заключается лишь в том, что при использовании SBR усреднение, биологическая очистка и вторичная очистка выполняются в одном резервуаре с последовательным контролем времени (циклы наполнения, аэрации, осаждения, декантирования и выпуска). При традиционной схеме это осуществляется в нескольких сооружениях: первичные и вторичные отстойники, аэротенки. При этом опыт эксплуатации SBR показал, что данная технология обеспечивает очистку любых объёмов стоков, позволяя достичь показателей по сбросу, отвечающих нормам на сброс в водоёмы рыбохозяйственного водопользования, при затратах сопоставимых с традиционными технологиями, и при небольшой занимаемой площади. Полностью автоматизированная система управления позволяет корректировать любые параметры обработки и тем самым регулировать качественные показатели процесса.

Компактные SBR-реакторы ICEAS (Intermittent Cycle Extended Aeration System, или расширенная аэрационная система с последовательным циклом).

Основное отличие технологии ICEAS от традиционной технологии SBR заключаются в том, что технология ICEAS имеет 3 основные рабочие фазы: 

• аэрация, 
• осаждение,
• декантирование 

При этом количество рабочих резервуаров ICEAS – как минимум один, а традиционный SBR-реактор требует для реализации технологии как минимум несколько резервуаров, которые занимают большую площадь по сравнению с ICEAS.

Технологический процесс биологической очистки в ICEAS протекает в одном реакторе непрерывного действия, разделённом на зоны предварительной реакции (пре-реакции) и основной реакции гидростатической перегородкой с отверстиями в придонной зоне.

Поток на постоянной основе поступает в зону пре-реакции, откуда плавно направляется через отверстия  в нижней части перегородки в зону основной реакции, равномерно распределяется в ней и проходит все основные технологические стадии очистки.

Объём зоны пре-реакции составляет 10 – 15 % общего объёма резервуара, который рассчитывается на основе комбинации объёма, требуемого для обеспечения гидравлики процесса (с учетом условий пиковой подачи и осадков), и объёма, занимаемого илом. Требуемый объём резервуара для среднего, пикового и ливневого подач определяются на основе временных циклов. Большинство сооружений ICEAS рассчитаны на основании объёме резервуара, который имеет возможность вместить пиковую подачу при дождливой погоде, равную шестикратным средним подачам при сухой погоде. При этом нормальный режим работы рассчитан на стандартную работу с потоками, достигающими пикового уровня при сухой погоде, ливневой цикл – на работу с ливневыми стоками при меньшей продолжительности цикла, позволяя тем самым возможность очистки большего количества стока.

В качестве коэффициента запаса с целью обеспечения возможности технологии очистки справиться с экстраординарными подачами, которые часто происходят на КОС, в расчёт объёма включается буферная зона. По этой причине глубина резервуара зависит от сочетания параметров слоя ила, буферной зоны и зоны слива. С учётом этих факторов оптимальное соотношение длины к ширине резервуара составляет 3:1, но также могут быть резервуары с отношением длины к ширине от 0,5:1 до 5:1.

Всё оборудование для процессов биологической очистки располагается в одном резервуаре. Так, в зоне пре-реакции расположены мелкопузырчатые аэраторы. Зона основной реакции также полностью покрыта системой мелкопузырчатых аэраторов. В ней также находятся мешалки, насосы для откачки ила, датчики растворённого кислорода, уровня, другие необходимые системы технологического контроля, декантирующее устройство. Воздух в аэраторы подаётся воздуходувками. Система управления SCADA контролирует все технологические процессы.  

Компактные горизонтальные мешалки устанавливаются в зоне основной реакторной зоне, если технологический процесс в нем должен обеспечивать нитри-денитрификацию. Насосы производят откачку избыточного активного ила из резервуара после окончания цикла декантирования (удаления осветленной воды). Декантер захватывает очищенные сточные воды с верхнего уровня (но не с верхней кромки) аэрационного  резервуара в конце периода седиментации При этом приводной механизм с постоянной скоростью направляет декантер сквозь толщу воды сверху вниз. Устройство останавливается у нижней кромки осветленной воды в конце периода декантирования. Декантер оснащён частотным преобразователем, который позволяет регулировать длительность периода декантирования при пиковых ливневых нагрузках. Пеноотделитель отталкивает плавающие материалы от декантера при его вхождении в воду и затем действует как перегородка во время цикла декантирования для предотвращения попадания плавающих веществ в выпускаемый сток.

Технологический процесс

Процесс очистки, по технологии ICEAS, состоит из трёх основных циклов, причём во время каждого из них и в течение всего процесса очистки поток сточных вод подаётся постоянно в резервуар. При цикле аэрации сточные воды после решёток и песколовок попадают в резервуар и смешиваются с уже перемешанной жидкостью. Аэрация происходит одновременно с наполнением резервуара, и в это же время происходит биологическое окисление. После завершения цикла аэрации начинается осаждение, при котором тяжёлые частицы оседают на дне резервуара, оставляя наверху чистую воду.

Финальная фаза — это декантирование, выпуск чистой воды, образовавшейся в верхней зоне резервуара и откачка осадка.

Применение реакторов ICEAS позволяет исключить из технологической схемы ряд технологических сооружений основного производственного цикла:

• резервуары – усреднители,
  
• первичные отстойники (при качественном функционировании блока механической очистки),
  
• аэротенки,
  
• вторичные отстойники.
  

Все эти функции берет на себя реактор ICEAS.

Технология ICEAS предполагает два рабочих режима:

• нитрификации (далее — NIT), 
  
• нитриденитрификации (далее — NDN).

Причём система проектируется индивидуально под каждый из них. Режим NIT состоит из последовательной смены этапов аэрации, осаждения и декантирования и предназначен для удаления БПК, взвешенных веществ, аммиака и частичной денитрификации. Основные этапы очистки сменяются во времени и не пересекаются при параллельно работающих резервуарах. Таким образом, во время типичного рабочего режима NIT для двух резервуаров в его первую половину происходит продолжительное аэрирование для удаления БПК и нитрификации. При этом резервуар ICEAS проектируется под: 

• определённое отношение «количества пищи к количеству микроорганизмов»; 
• возраст ила, достаточный для поддержания в резервуаре необходимого количества взвешенных веществ в перемешанной жидкости, а также для обеспечения требуемой степени нитрификации, основанной на температурном диапазоне поступающих стоков.

Воздуходувки (продолжительность фазы аэрации за 3х - 4х -часовой цикл позволяет одной воздуходувке подавать воздух в два резервуара) и система аэрации рассчитываются для обеспечения достаточного объёма кислорода согласно требованиям процесса. Система контроля позволяет изменять время работы воздуходувки пропорционально входящему потоку и нагрузки на объект. 

После фазы аэрации начинается фаза осаждения, во время которой происходит разделение жидкости и твёрдых частиц. Затем наступает фаза декантирования, при которой очищенный сток выводится из резервуара. При этом когда резервуар № 1 находится в фазе аэрации, то резервуар № 2 –  в фазе осаждения или декатирования. Когда резервуар № 2 в фазе аэрации, то резервуар № 1 – в фазе оседания или декантирования. Это позволяет существенно сократить количество технологического оборудования и объём капитальных затрат. 

Режим NDN (нитро-денитрификации) состоит из поочерёдно сменяющихся циклов аэрации и перемешивания, переходящих в циклы осаждения и декантирования, регулируемых компьютерной системой управления, и предназначен для удаления БПК, взвешенных веществ, аммиака, азота, общего фосфора, полной NDN. Обычно для режима NDN при нормальном и ливневом циклах необходимо 2 резервуара. В процессе NDN удаление биологических нутриентов (Биологически значимые элементы – химические элементы, необходимые организму для обеспечения нормальной жизнедеятельности) сопровождается внутренней поочерёдной сменой оксианокси/анаэробных (воздух вкл/воздух выкл) фаз в цикле.

• Аэробная фаза осуществляет удаление БПК, нитрификацию и поглощение фосфора.
  
• Фазы АНО/АНАЭР (воздух выкл.) обеспечивают денитрификацию и большое поглощение фосфора.
  

Показатели нитрификации и требования к возрасту ила для процесса нитрификации рассчитываются на основе температурного диапазона впускных стоков. Степень нитрификации и удаления фосфора, достигаемая при процессе NDN, зависит от отношений

БПК к общему азоту и БПК к общему фосфору во входящем стоке.

В зависимости от различных требований к качеству стока на выходе ICEAS проектируется для достижения требуемого уровня очистки индивидуально под каждый проект. Поэтому мировой опыт эксплуатации КОС на базе ICEAS показал, что подобная компактная технология биологической очистки позволяет получить высокие показатели очистки стоков на сооружениях производительностью от 500 до 1 000 000 м3/сут, существенно экономить на эксплуатационных расходах, строительных работах, площади под строительство КОС и всегда иметь возможность технологического расширения сооружений.

Оборудование ICEAS®

• Все оборудование, необходимое для биологической очистки, располагается в одном резервуаре.
  
• Воздух в аэраторы подается воздуходувками, расположенными за пределами резервуара, а комплексная система управления (SCADA) контролирует процесс.
  
• Мелкопузырчатые аэраторы осуществляют насыщение стока кислородом.
  
• Компактные горизонтальные мешалки устанавливаются в зоне основной реакции в случае, если технологический процесс в резервуаре предназначается для нитри-денитрификации.
  
• Насосы служат для откачки избыточного ила из резервуара в конце цикла декантирования.
  
• Приводной декантер, с частотным преобразователем, захватывает очищенные сточные воды с верхнего уровня аэротенка в конце периода осаждения: приводной механизм направляет декантер с постоянной скоростью сквозь воду (движение сверху вниз), и устройство всегда достигает нижнего уровня воды в конце периода декантирования. 
  
• Пеноуловитель отталкивает плавающие материалы от декантера при его вхождении в воду и затем действует как подповерхностная перегородка во время цикла декантирования для предотвращения попадания плавающих веществ в выпускаемый сток.

При этом возвратный активный ил, постоянно циркулирующий между реакторами, разделяется на несколько потоков: на обезвоживание, на рециркуляцию, третичную обработку. Этим достигается поэтапная адаптация микроорганизмов активного ила с поэтапным разбавлением обрабатываемых сточных вод возвратным активным илом по ходу их движения от первого до последующих SBR-реакторов. Благодаря этому установка выдерживает сброс сточных вод с высокими концентрациями токсичных для активного ила загрязнений (СПАВ, хлор, марганец и т.п.).

Наряду с экономичными режимами, установка автоматически переходит в форсированный режим работы при залповом поступлении сточных вод в количестве, превышающем проектную величину. Это обеспечивается системой автоматики, которая мгновенно переводит работу последнего SBR-реактора в режим отстаивания с последующей откачкой осветленных сточных вод в третичный отстойник. При этом последний SBR-реактор начинает работать в режиме отстойника, а первый и второй SBR-реакторы - в режиме аэротенков с прерывистой аэрацией.

Ил при этом, в начале очистных сооружений сначала сорбирует на себя органические загрязнения, а потом, по мере обработки сточных вод, двигаясь от приёмной камеры до последнего реактора, окисляет их, а сам регенерируется, становится голодным, съев все сорбированные на себе загрязнения. Возвратный активный ил, попадая в приемную камеру, будучи голодным, эффективно окисляет новые загрязнения поступающие на установку. Если же не возвращать активный ил с конца в начало очистных сооружений, то в конце их активный ил будет самоокисляться, т.е. погибать, так как ему необходимо питание, а там органические компоненты почти отсутствуют.