RU2225366C2

RU2225366C2 - Transition biological-abiotic waste treatment

Info

Publication number: RU2225366C2
Application number: RU2000106522A
Authority: RU
Inventors: Борис Михайлович ХУДЕНКО (US); Борис Михайлович ХУДЕНКО
Original assignee: Мокба Корпорейшн
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 2004-03-10
Also published as: EP1027294A1; WO1999065830A1; CA2299328A1

Abstract

FIELD: waste water treatment. SUBSTANCE: reduction-oxidation treatment of waste water with biomass comprises (i) charging regenerable redox mediator into system; (ii) oxidizing saturated reducing agents using indicated variety of regenerable redox mediator; (iii) reducing primary oxidation agents using indicated variety of regenerable redox mediator; and (iv) retaining indicated variety of regenerable redox mediator in treatment system in the form, which is insoluble in waste water and in which at least part of indicated biomass is repeatedly treated in stages (ii) and (iii) together with indicated variety of regenerable redox mediator. EFFECT: enhanced removal of hydrocarbons, food substances, toxic and stable organics, reduced formation of biomass, and improved oxygen transfer. 21 cl, 12 dwg

Description

Изобретение принадлежит к биологически-абиотическим системам для обработки отходов и, в частности, представляет способ для промежуточной деградации и уменьшения карбонатного BOD или COD, токсических и стойких органических веществ, пищевых веществ, для улучшенного переноса кислорода и для минимизации излишка твердых биовеществ. The invention relates to biologically abiotic systems for waste treatment and, in particular, provides a method for the intermediate degradation and reduction of carbonate BOD or COD, toxic and persistent organic substances, food substances, for improved oxygen transfer and to minimize excess solids.

Предпосылки изобретения
Биологические процессы обычно используются для удаления карбонатного BOD и COD. Эти процессы включают стадии окисления и восстановления и синтез биомассы. В последние тридцать лет развивались так называемые улучшенные модификации процесса также для удаления фосфора и азота. Эти системы включают различные комбинации аэробных, ферментативных, факультативных анаэробных, бескислородных, нитрификационных и денитрификационных зон. В системах удаления азота азотсодержащие разновидности, обычно аммиак, биологически окисляются (нитрифицируются) до нитритов и нитратов, после чего следует биологическое восстановление (денитрификация) нитритов и нитратов до азота и газообразных оксидов азота. Системы удаления фосфора проводятся через, во-первых, выдерживание рециркуляционного или в факультативных анаэробных условиях, в которых образуется уксусная кислота и выделяется фосфор, и, во-вторых, выдерживание биомассы в иле в аэробных условиях, в которых, как полагают, происходит так называемое обильное поглощение фосфора. Эти системы описаны в книгах "Phosphorus and Nitrogen Removal from Municipal Wastewater", Principles and Practice "Second Edition, Richard Sedlak, Editor, Lewis Publishers, 1991; "Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal" A Special Publication, Prepared by the Task Force on Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal, Movva Reddy, Chair, Water Environment Federation, 1988 и в патентах, например патентах США 2788127, 2875151, 3236766, 3964998, 4056465, 4162153, 4183807, 4183808, 4183809, 4183810, 4271026, 4488967, 4500427, 4500429, 4874519, 48678S3, 4874519, 4917805, 4948510, 4999111, 5013441, 5022993, 5076928, 5076929, 5098572, 5160043, 5182021, 5213681, 5288405, 5480548, 5601719 и 5651891.BACKGROUND OF THE INVENTION
Biological processes are commonly used to remove carbonate BOD and COD. These processes include oxidation and reduction steps and biomass synthesis. In the past thirty years, so-called improved process modifications have also developed to remove phosphorus and nitrogen. These systems include various combinations of aerobic, enzymatic, facultative anaerobic, oxygen-free, nitrification and denitrification zones. In nitrogen removal systems, nitrogen-containing species, usually ammonia, are biologically oxidized (nitrified) to nitrites and nitrates, followed by biological reduction (denitrification) of nitrites and nitrates to nitrogen and gaseous nitrogen oxides. Phosphorus removal systems are carried out through, first, maintaining the recirculating or facultative anaerobic conditions under which acetic acid is formed and phosphorus is secreted, and secondly, keeping the biomass in silt under aerobic conditions, in which the so-called abundant absorption of phosphorus. These systems are described in Phosphorus and Nitrogen Removal from Municipal Wastewater, Principles and Practice Second Edition, Richard Sedlak, Editor, Lewis Publishers, 1991; Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal A Special Publication, Prepared by the Task Force on Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal, Movva Reddy, Chair, Water Environment Federation, 1988, and in patents, for example, US Pat. 4500427, 4500429, 4874519, 48678S3, 4874519, 4917805, 4948510, 4999111, 5013441, 5022993, 5076928, 5076929, 5098572, 5160043, 5182021, 5213681, 5288405, 5480548, 5618719.

Главная проблема с биологическим удалением пищевых веществ состоит в том, что трудно поддерживать баланс между фосфором и органическими веществами, необходимый для получения уксусной кислоты, и между азотными разновидностями и органическими соединениями, необходимый в процессах денитрификации. Другие проблемы могут включать низкую эффективность процесса, сезонные нестабильности из-за низких температур, трудности с контролем рН, комплексные системы и комплексные операции. Дополнительно объем и затраты усовершенствованных биологических реакторов далеко превышают таковые общепринятых аэробных систем с полной нитрификацией. В биологическом удалении фосфора имеется проблема растворения фосфора в последующих стадиях процесса, например, в течение обработки ила. Усовершенствованные биологические системы обычно требуют большего количества энергии, чем общепринятые системы. Производится большая масса и объем излишка твердых биовеществ, известных также как избыточный ил или биомасса. В аэробных системах скорость процесса ограничивается низкой движущей силой биологических процессов из-за низкой концентрации кислорода в жидкости. В частности, только маленькая часть биомассы может быть аэробной. Увеличение концентрации кислорода очень дорого, потому что это требует или использования чистого кислорода, или снижения скорости массопереноса кислорода из-за более низкой движущей силы переноса кислорода. Соответственно аэрация является неэффективной и дорогой. The main problem with the biological removal of nutrients is that it is difficult to maintain the balance between phosphorus and organic substances needed to produce acetic acid and between nitrogen species and organic compounds, which is necessary in denitrification processes. Other problems may include poor process efficiency, seasonal instabilities due to low temperatures, difficulties with pH control, complex systems and complex operations. Additionally, the volume and costs of advanced biological reactors far exceed those of conventional aerobic systems with complete nitrification. In the biological removal of phosphorus, there is a problem of dissolving phosphorus in subsequent stages of the process, for example, during the processing of sludge. Advanced biological systems usually require more energy than conventional systems. A large mass and volume of surplus solid bio-substances, also known as excess sludge or biomass, is produced. In aerobic systems, the speed of the process is limited by the low driving force of biological processes due to the low concentration of oxygen in the liquid. In particular, only a small fraction of biomass can be aerobic. An increase in oxygen concentration is very expensive because it requires either the use of pure oxygen or a decrease in the mass transfer rate of oxygen due to the lower driving force of oxygen transfer. Accordingly, aeration is inefficient and expensive.

Фосфор может быть легко удален реагентами, прежде всего ионами железа или алюминия в формах нерастворимых фосфатов. Процесс может проводиться в биологических реакторах так, что требуется небольшое оборудование. Стехиометрические потребности железа и алюминия равны только 0,88 мг Fe и 0,28 мг А1 на 1 мг Р₂О₄. Фактическая потребность металла значительно больше. Химическое удаление азота включает трудные процессы и не осуществляется для низких концентраций азота в муниципальной и многих промышленных типов отработанной воде. Соосаждение фосфора и азота (аммиака) в качестве струвита (MgNH₄PО₄) также было обсуждено, но не осуществлено все еще. Использование реактивов увеличивает массу ила. Увеличенная масса избыточного ила упоминается как аргумент против химического удаления фосфора.Phosphorus can be easily removed with reagents, especially iron or aluminum ions in the form of insoluble phosphates. The process can be carried out in biological reactors so that small equipment is required. The stoichiometric requirements of iron and aluminum are only 0.88 mg of Fe and 0.28 mg of A1 per 1 mg of P ₂ O ₄ . The actual metal demand is much greater. Chemical nitrogen removal involves difficult processes and is not carried out for low nitrogen concentrations in municipal and many industrial types of waste water. The coprecipitation of phosphorus and nitrogen (ammonia) as struvite (MgNH ₄ PO ₄ ) was also discussed, but not yet implemented. The use of reagents increases the mass of sludge. The increased mass of excess sludge is referred to as an argument against chemical removal of phosphorus.

Анаэробные, аэробные и спаренные или объединенные анаэробно-аэробные биологические системы также применяются для обработки разбавленных и концентрированных промышленных отходов для удаления органических веществ и пищевых веществ, так же как для удаления и разрушения токсических и стойких органических веществ, тяжелых металлов, серосодержащих соединений и других применений. В этих применениях биологические процессы могут испытывать проблемы, подобные тем, которые испытали с улучшенными системами, и также специальные проблемы применения. Например, в некоторых применениях токсичность является проблемой, в других применениях выделяются пахучие составные части, в то время как в других трудно контролировать стабильность процесса. Anaerobic, aerobic and paired or combined anaerobic-aerobic biological systems are also used to treat diluted and concentrated industrial wastes to remove organic substances and food substances, as well as to remove and destroy toxic and persistent organic substances, heavy metals, sulfur compounds and other applications . In these applications, biological processes may experience problems similar to those experienced with improved systems, as well as special application problems. For example, in some applications, toxicity is a problem, in other applications odorous constituents are released, while in others it is difficult to control process stability.

Аэробные биологические процессы используют кислород. В известных системах область производительности переноса кислорода (действительно достижимая) (в кг О/кВт•ч) является низкой, особенно при повышенных концентрациях кислорода на стадиях аэрации и в присутствии специальных примесей, таких как поверхностно-активные вещества. Неустанное исследование в течение, по крайней мере, пятидесяти лет привело к значительным, хотя только пошаговым улучшениям. Аэрация остается больше всего потребляющей энергию и дорогостоящей операцией на большинстве обрабатывающих предприятий. Aerobic biological processes use oxygen. In known systems, the range of oxygen transfer productivity (really achievable) (in kg O / kWh) is low, especially at elevated oxygen concentrations in the aeration stages and in the presence of special impurities such as surfactants. The relentless research for at least fifty years has led to significant, albeit only incremental, improvements. Aeration remains the most energy-consuming and costly operation in most manufacturing plants.

Цели изобретения
Соответственно целью настоящего изобретения является разработка простой, надежной, эффективной, стабильной и экономичной системы для удаления органических веществ, пищевых веществ, токсических и стойких органических и других целевых составных частей при улучшении производительности переноса кислорода и образовании небольшого количества непригодных биологических твердых тел или их отсутствии. Другие цели настоящего изобретения станут ясными из последующего описания.OBJECTS OF THE INVENTION
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a simple, reliable, efficient, stable and economical system for removing organic substances, food substances, toxic and persistent organic and other target constituents while improving oxygen transfer performance and forming a small amount of unsuitable biological solids or their absence. Other objectives of the present invention will become apparent from the following description.

Краткое изложениесущества изобретения
Сущностью этого способа является то, что в биологической обработке отработанной воды, имеющей стадии окисления и восстановления, улучшение обеспечивается включением стадии загрузки, по крайней мере, одной разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора. Например, это может быть способ биологической обработки отработанной воды с биомассой в системе, содержащей, по крайней мере, одну аэробную биологическую стадию обработки отработанной воды, посредством которой целевые органические и неорганические составные части в указанной отработанной воде и разновидность регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора, загруженного в систему, становятся, по крайней мере, частично окисленными с образованием новой биомассы, диоксида углерода, воды, нитритов и нитратов, и/или, по крайней мере, одну стадию окисления указанной биомассы, в которой указанная биомасса многократно обрабатывается в указанной аэробной стадии и стадии окисления биомассы, посредством которых указанная разновидность регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора становится восстановленной в указанной стадии окисления биомассы в более низкое состояние окисления при окислении и уменьшении биомассы.SUMMARY OF THE INVENTION
The essence of this method is that in the biological treatment of waste water having oxidation and reduction stages, the improvement is ensured by the inclusion of the loading stage of at least one type of regenerated redox mediator. For example, it may be a method for biological treatment of waste water with biomass in a system containing at least one aerobic biological stage of treatment of waste water, through which the target organic and inorganic components in the specified waste water and a type of regenerated redox mediator loaded into the system, become at least partially oxidized with the formation of new biomass, carbon dioxide, water, nitrites and nitrates, and / or at least D, one-step oxidation of said biomass, wherein said biomass is repeatedly treated in the said aerobic step and a step of biomass oxidation, by means of which said variation regenerable redox mediator becomes reduced in said step of biomass oxidation in a lower state of oxidation by the oxidation and reduction of biomass.

Система также включает, по меньшей мере, одну стадию сохранения, по меньшей мере, одной разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора в форме, не растворимой в обрабатываемой сточной воде, с многократной обработкой, по меньшей мере, части обработанной воды вместе с указанной, по меньшей мере, одной разновидностью регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора на стадиях окисления и восстановления. The system also includes at least one step of storing at least one variety of the regenerated redox mediator in a form insoluble in the treated wastewater, with multiple treatment of at least a portion of the treated water together with said at least at least one type of regenerated redox mediator at the stages of oxidation and reduction.

Это может также быть способ биологической обработки отработанной воды с биомассой в системе, содержащей, по крайней мере, одну аэробную биологическую стадию обработки отработанной воды, посредством которой целевые составные части в указанной отработанной воде и разновидность регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора, загруженного в указанную систему, окисляются, образуя новую биомассу, диоксид углерода, воду, нитриты и нитраты и разновидность регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора более высокой валентности, по крайней мере, одну стадию денитрификации, посредством которой указанные нитриты и нитраты восстанавливаются, образуя газообразные формы азота, и указанные абиотические разновидности преобразовываются к более низкой валентности, стадию загрузки, по крайней мере, одной разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора в указанную систему. Выбранная разновидность регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора может осаждать фосфор в качестве нерастворимых фосфатов из указанной отработанной воды в указанной системе одновременно с другими стадиями процесса. Некоторая разновидность ионообменного медиатора может также удалять фосфор по механизмам ионного обмена. It can also be a method of biological treatment of waste water with biomass in a system containing at least one aerobic biological stage of treatment of waste water, through which the target components in the specified waste water and a type of regenerated redox mediator loaded into the specified system, oxidized, forming a new biomass, carbon dioxide, water, nitrites and nitrates and a type of regenerated redox mediator of a higher of at least one denitrification step by which said nitrites and nitrates are reduced to form gaseous forms of nitrogen, and said abiotic species are converted to a lower valency, the step of loading at least one kind of regenerated redox mediator into said system . The selected variety of the regenerated redox mediator can precipitate phosphorus as insoluble phosphates from said waste water in said system simultaneously with other process steps. Some kind of ion-exchange mediator can also remove phosphorus via ion exchange mechanisms.

Указанная отработанная вода определяется здесь как домашняя или промышленная отработанная вода, водные промышленные, сельскохозяйственные и производственные вещества, промышленные, сельскохозяйственные и производственные газы, загрязненный воздух, газообразные и вентиляционные выбросы, твердые отходы, вещества растительного, животного или ископаемого происхождения и промышленные, сельскохозяйственные или производственные потоки твердых частиц и их комбинации. Подразумевается, что газообразные загрязняющие вещества могут быть вымыты жидкостью и обработаны в настоящей системе, в то время как твердые вещества могут быть превращены в пульпы с водой. Said wastewater is defined here as domestic or industrial wastewater, aquatic industrial, agricultural and industrial substances, industrial, agricultural and industrial gases, polluted air, gaseous and vent emissions, solid waste, substances of plant, animal or fossil origin and industrial, agricultural or production streams of solid particles and their combinations. It is understood that gaseous contaminants can be washed with liquid and processed in the present system, while solids can be converted into pulps with water.

Указанная окислительная стадия может быть выбрана из группы, включающей стадии с обогащенным кислородом (включая кислород высокой чистоты), аэробную обработку аэрированным воздухом, нитрификационную обработку, до меньшей степени бескислородную обработку, денитрификационную обработку, восстановление галогенированных органических веществ, факультативную анаэробную обработку и их комбинации. Указанная биологическая стадия восстановления может быть выбрана из группы, включающей бескислородную обработку, денитрификационную обработку, факультативную анаэробную обработку, восстановление трехвалентного железа, восстановление сульфата, восстановление карбоната (метанирование) и их комбинации. Указанная стадия окисления биомассы является предпочтительно анаэробной, восстановления трехвалентного железа или факультативной анаэробной стадией. Эти стадии даются специалистам в данной области техники в качестве эталонов для ориентации и приближенной оценки окислительно-восстановительных условий в системе. Said oxidation step may be selected from the group consisting of enriched oxygen steps (including high purity oxygen), aerobic treatment with aerated air, nitrification treatment, less oxygen-free treatment, denitrification treatment, reduction of halogenated organic substances, optional anaerobic treatment, and combinations thereof. Said biological reduction step can be selected from the group consisting of oxygen-free treatment, denitrification treatment, optional anaerobic treatment, ferric iron reduction, sulfate reduction, carbonate reduction (methanation), and combinations thereof. Said biomass oxidation step is preferably anaerobic, ferric reduction, or an optional anaerobic step. These stages are given to specialists in this field of technology as standards for orientation and an approximate assessment of the redox conditions in the system.

Указанная разновидность регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора с переменным состоянием окисления может быть выбрана из группы, включающей разновидности металла с нулевой валентностью, ионы металлов, металлсодержащие оксиионы, неразлагаемые микроорганизмами и нерастворимые неорганические составные части с переменными окислительно-восстановительными состояниями, не разлагаемые микроорганизмами и нерастворимые неорганические составные части с переменными окислительно-восстановительными состояниями и их комбинации. Указанные разновидности металлов и металлсодержащие разновидности включают металлы, выбранные из группы, включающей железо, никель, кобальт, марганец, ванадий и их комбинации. Ионообменные смолы с окислительно-восстановительными группами, также известные как редоксобменники, и подобным образом активированные и модифицированные природные органические и неорганические вещества, известные специалистам в данной области техники или, в частности, разработанные в будущем, для конкретных применений, могут также быть применены в качестве регенерируемых абиотических разновидностей в этом процессе. The specified type of regenerated redox mediator with a variable oxidation state can be selected from the group including metal species with zero valency, metal ions, metal-containing oxyions, non-decomposable microorganisms and insoluble inorganic components with variable redox states, non-decomposable microorganisms inorganic and inorganic components with variable redox states and their comb nation. Said metal species and metal-containing species include metals selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, manganese, vanadium, and combinations thereof. Redox ion exchange resins, also known as redox exchangers, and similarly activated and modified natural organic and inorganic substances known to those skilled in the art or, in particular, those developed in the future for specific applications, can also be used as regenerated abiotic species in the process.

Железо является одной осуществимой регенерируемой абиотической разновидностью. Упрощенная диаграмма рН-потенциала для железа демонстрируется на фиг. 1. Более детальные диаграммы могут быть найдены, например, в "Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions" by Marcel Pourbaix, Pergamon Press, 1966. Фиг.1 демонстрирует линии а и b, отделяющие область стабильности воды и области окисления и восстановления воды. Интервал рН от 6 до 8,5, обычно рассматриваемый как приемлемый для биологических процессов, штрихуется на фиг. 1. В пределах этого интервала железо находится в более высокой валентности в качестве нерастворимого Fе(ОН)₃ или в качестве двухвалентных ионов Fe²⁺ и при более низких окислительно-восстановительных потенциалах (ORP) в присутствии сульфидов в качестве сульфида железа (II), и при рН, большем, чем приблизительно 8,35, в качестве карбоната железа (II). Разновидности железа главного интереса здесь представляют трехвалентные (железные, содержащие трехвалентное железо) и двухвалентные (железистые, содержащие двухвалентное железо) формы. В этом способе железная и железистая разновидность представляют соответственно окислительный и восстановительный агент. Сплошная линия на фиг.1 отделяет условия окисления и восстановления для этих разновидностей. Соответственно стадии процесса, проводимые при рН и ORP выше сплошной линии, называются здесь стадиями окисления и стадии процесса, проводимые при рН и ORP ниже сплошной линии, являются стадиями восстановления. Область металлического железа (с нулевой валентностью) располагается низко на фиг.1 вне области стабильности воды. Поэтому металлическое железо может быть добавлено в систему и превращено в регенерируемые железные и железистые разновидности, но металлическое железо не может быть регенерировано в известных биологических системах.Iron is one feasible regenerated abiotic variety. A simplified pH potential diagram for iron is shown in FIG. 1. More detailed diagrams can be found, for example, in Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions by Marcel Pourbaix, Pergamon Press, 1966. Figure 1 shows lines a and b separating the region of water stability and the region of oxidation and reduction of water. A pH range of from 6 to 8.5, usually considered acceptable for biological processes, is shaded in FIG. 1. Within this interval, iron is in a higher valency as insoluble Fe (OH) ₃ or as divalent Fe ^{2+ ions} and at lower redox potentials (ORP) in the presence of sulfides as iron (II) sulfide, and at a pH greater than approximately 8.35, as iron (II) carbonate. Varieties of iron of the main interest here are trivalent (ferrous, containing ferric iron) and divalent (ferrous, containing ferrous) forms. In this method, the iron and glandular species are respectively an oxidizing and reducing agent. The solid line in FIG. 1 separates the oxidation and reduction conditions for these species. Accordingly, the process steps carried out at pH and ORP above the solid line are referred to here as the oxidation steps and the process steps carried out at pH and ORP below the solid line are reduction steps. The region of metallic iron (with zero valency) is low in figure 1 outside the region of stability of water. Therefore, metallic iron can be added to the system and converted into regenerable iron and ferrous species, but metallic iron cannot be regenerated in known biological systems.

При обычных для биологических процессов величинах рН предпочтительные медиаторы, например железо или кобальт (фиг. 1 и 2), находятся в форме гидроксидов: Fe(OH₂), Fe(OH₃), Co(OH)₂ и Co(OH)₃.At typical pH values for biological processes, preferred mediators, such as iron or cobalt (Figs. 1 and 2), are in the form of hydroxides: Fe (OH ₂ ), Fe (OH ₃ ), Co (OH) ₂ and Co (OH) ₃ .

Эти гидроксиды плохо растворимы в воде. Растворимость их уменьшается в аэрируемых ступенях процесса, таких как ступени 2 и 10 на фиг.3-10. Этому способствует повышение рН за счет отдувки двуокиси углерода и образования карбонатов. Частично медиатор образует еще менее растворимые карбонаты. Нерастворимые вещества-медиаторы осаждаются на биомассе и удерживаются в системе благодаря ступени отделения биомассы 4 и возврата биомассы в биологический процесс (линии 9 на фиг.3-5 и 7). These hydroxides are poorly soluble in water. Their solubility decreases in aerated process steps, such as steps 2 and 10 in FIGS. 3-10. This is facilitated by an increase in pH due to the blowing of carbon dioxide and the formation of carbonates. Partially, the mediator forms even less soluble carbonates. Insoluble mediating substances are deposited on the biomass and held in the system due to the stage of separation of biomass 4 and the return of biomass to the biological process (lines 9 in Figs. 3-5 and 7).

В остальных случаях средства, отличные от линии 9, выполняют такую же функцию. In other cases, funds other than line 9 perform the same function.

В аэробных нитрификационных и денитрификационных стадиях и иногда в факультативных анаэробных стадиях настоящего способа ионы двухвалентного железа окисляются в ионы трехвалентного железа или кислородом, подаваемым посредством аэрации, или посредством восстановления нитритов и нитратов главным образом до молекулярного азота, или галогенированными органическими соединениями. При окислении биомассы, она окисляется, главным образом, до диоксида углерода и воды ионами трехвалентного железа, становящимися ионами двухвалентного железа. Таким образом, образованные ионы двухвалентного железа и ионы трехвалентного железа многократно применяются в указанных аэробных, нитрификационных, денитрификационных и указанных стадиях окисления биомассы. Нерастворимые содержащие трехвалентное железо формы сцепляются с илом и сохраняются (регенерируются) в системе. В дополнение к пользе промежуточных окислительно-восстановительных стадий в биологических процессах гидрооксид трехвалентного железа является также коагулянтом для биомассы. Это полезно увеличивает разделение ила. В периодических процессах повторение этих стадий происходит в том же самом пространстве при временной последовательности. В системах непрерывного потока стадии повторяются в пространственно разделенных стадиях в различных резервуарах с рециркуляцией ила, составленного из биомассы и указанных абиотических разновидностей в твердой форме между этими стадиями. Рециркулирующая биомасса может быть отделена от отработанной воды, которая обрабатывается, и далее направлена для повторной обработки, или она может быть направлена для повторной обработки вместе с указанной отработанной водой как смешанная жидкость. Альтернативно, пространственное разделение может быть обеспечено вследствие концентрационных градиентов в пределах единого резервуара с негомогенным смешиванием. Негомогенное смешивание может быть или из-за концентрационных градиентов в пределах не полностью перемешанного резервуара, или из-за нестационарных (изменяющихся со временем) концентрационных градиентов в пределах биологических хлопьевидных осадков и пленок. Следовательно, это является биомассой (или илом, включающим биомассу и нерастворимые формы разновидностей окислительно-восстановительного медиатора), которая многократно обрабатывается в, по крайней мере, одной стадии окисления предельно восстановленных агентов (углеводородов и/или биомассы), в которой регенерируемые окислительно-восстановительные разновидности восстанавливаются, и, по крайней мере, одной стадии восстановления предельных окислителей (кислорода, воздуха, нитритов и нитратов или некоторых галогенированных и других токсичных и стойких органических веществ), посредством которой разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора окисляются, в то время как отработанная вода может быть, но не обязательно, многократно обработана в этих стадиях. Разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора функционируют как промежуточные окислительно-восстановительные агенты. В известных системах для удаления фосфора концентрация железа обеспечивается на уровне, необходимом для удаления фосфора. Это является обычно небольшой концентрацией. Кроме того, железо, применяемое для связывания фосфатов, быстро эвакуируется из системы, и новое железо требуется для непрерывного снабжения. В настоящей системе концентрация ионов железа может быть от доли 1 г/л до нескольких граммов на литр, что является, по крайней мере, от одного до нескольких порядков величины больше, чем в системах удаления фосфора. При этих концентрациях постоянно присутствующий объединенный ресурс загруженного железа создается в системе. При концентрации 1 г Fе³⁺/л оцененный эквивалент "окислительной способности" по сравнению с кислородом равен 1•(8/56)=0,143 г О/л или 143 мг О/л (где 8 и 56 - атомные массы кислорода и железа на 1 имеющийся в распоряжении электрон). Эта "окислительная способность" является намного большей, чем таковая кислорода в общепринятых воздушных аэрационных системах и превышает таковую систему высокой частоты кислорода на коэффициент больше, чем два. В обычных биологических процессах денитрификации "восстанавливающая способность" ионов двухвалентного железа, применяемых в стадиях денитрификации, может также превышать таковую приобретенных органических веществ. В отличие от органических веществ, например метанола, в процессах денитрификации регенерируемые ионы железа не образовывают BOD, который нуждается в удалении после общепринятой стадии денитрификации. Рециркулирующие ионы железа не способствуют росту биомассы в стадиях денитрификации и постденитрификации, как делают органические вещества. Напротив, биомасса окисляется в регенерационном цикле ионов железа. Значительно увеличенная окислительно-восстановительная способность (или движущая сила) в системе дает в результате сильные увеличения в скоростях и эффективности стадий денитрификации и окисления ила. Подразумевается, что железо применяется здесь в качестве примера и много других типов разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора может также быть применено. Также подразумевается, что при выборе указанных разновидностей специалисты в данной области техники могут рассматривать физико-химические и другие свойства конкретной регенерируемой разновидности.In the aerobic nitrification and denitrification steps and sometimes in the optional anaerobic steps of the present method, ferrous ions are oxidized to ferric ions either by oxygen supplied by aeration, or by reduction of nitrites and nitrates mainly to molecular nitrogen, or by halogenated organic compounds. During the oxidation of biomass, it is oxidized mainly to carbon dioxide and water by ferric ions, which become ferrous ions. Thus, the formed ferrous ions and ferric ions are repeatedly used in the indicated aerobic, nitrification, denitrification and indicated stages of biomass oxidation. Insoluble ferric iron forms adhere to sludge and are stored (regenerated) in the system. In addition to the benefits of intermediate redox steps in biological processes, ferric hydroxide is also a coagulant for biomass. This beneficially increases the separation of sludge. In periodic processes, the repetition of these stages occurs in the same space with a time sequence. In continuous flow systems, steps are repeated in spatially separated steps in different tanks with sludge recirculation composed of biomass and the indicated abiotic species in solid form between these steps. The recycle biomass can be separated from the waste water that is being processed and then sent for reprocessing, or it can be sent for reprocessing together with the specified waste water as a mixed liquid. Alternatively, spatial separation can be achieved due to concentration gradients within a single tank with inhomogeneous mixing. Inhomogeneous mixing can be either due to concentration gradients within an incompletely mixed tank, or due to unsteady (time-varying) concentration gradients within biological flocculent sediments and films. Therefore, it is biomass (or sludge, including biomass and insoluble forms of varieties of redox mediator), which is repeatedly processed in at least one oxidation stage of extremely reduced agents (hydrocarbons and / or biomass), in which regenerated redox species are restored, and at least one stage of the reduction of saturated oxidizing agents (oxygen, air, nitrites and nitrates or some halogenated and other xyxic and persistent organic substances) by which varieties of the regenerated redox mediator are oxidized, while the waste water can be, but not necessarily, repeatedly treated in these stages. Varieties of the regenerated redox mediator function as intermediate redox agents. In known systems for the removal of phosphorus, the concentration of iron is provided at a level necessary to remove phosphorus. This is usually a small concentration. In addition, the iron used to bind phosphates is quickly evacuated from the system, and new iron is required for continuous supply. In this system, the concentration of iron ions can be from a fraction of 1 g / l to several grams per liter, which is at least one to several orders of magnitude greater than in phosphorus removal systems. At these concentrations, the constantly present combined resource of loaded iron is created in the system. At a concentration of 1 g of Fe ³⁺ / l, the estimated equivalent of “oxidizing ability” in comparison with oxygen is 1 • (8/56) = 0.143 g O / l or 143 mg O / l (where 8 and 56 are atomic masses of oxygen and iron for 1 available electron). This "oxidizing ability" is much greater than that of oxygen in conventional airborne aeration systems and exceeds that of a high-frequency oxygen system by a factor of more than two. In conventional biological denitrification processes, the “restoring ability" of ferrous ions used in the denitrification steps can also exceed that of acquired organic substances. Unlike organic substances, for example methanol, in denitrification processes, regenerated iron ions do not form BOD, which needs to be removed after the conventional denitrification step. Recycling iron ions do not contribute to the growth of biomass in the stages of denitrification and postdenitrification, as organic substances do. In contrast, biomass is oxidized in the regeneration cycle of iron ions. A significantly increased redox capacity (or driving force) in the system results in strong increases in the rates and effectiveness of the sludge denitrification and oxidation stages. It is understood that iron is used here as an example and many other types of regenerated redox mediator species can also be used. It is also understood that when selecting these varieties, those skilled in the art may consider the physicochemical and other properties of a particular regenerated variety.

Кобальт и никель являются другими осуществимыми разновидностями, которые могут быть применены в настоящем способе. Упрощенная диаграмма pH-ORP для кобальта дается на фиг.2. Подобно железу кобальт и никель существуют в нулевом, двух- и трехвалентном состояниях. В отличие от железа никель и кобальт в состоянии нулевой валентности могут существовать в пределах области стабильности воды. Кроме того, часть области стабильности кобальта и никеля в пределах области стабильности воды соответствует общепринятым анаэробным процессам, в частности многим метаногенным процессам, имеющим ORP приблизительно от -250 до -400 мВ. Поэтому металлический (с нулевой валентностью) кобальт или никель может быть образован в анаэробных процессах из трех- и двухвалентных форм. Соответственно эти разновидности могут быть применены в настоящем способе в трех состояниях окисления и образуют три зоны, отделенные сплошными линиями, которые могут быть применены как зоны окисления и восстановления. Разновидности с нулевой валентностью являются очень мощными восстановительными агентами для многих ядовитых и стойких составных частей, найденных во многих отработанных водах, твердых отходах, загрязненных грунтах и других отходах. Эти восстановления описываются в патенте США 5348629 и заявке на патент, рассматриваемой одновременно, PCT/US 98/08649, которые являются частью этой заявки включением. В двух- и трехвалентных формах никель и кобальт могут образовывать плохо растворимые гидрооксиды и оксиды. Соответственно они могут также быть сохранены и регенерированы в биологических процессах, включая аэробную и некоторые бескислородные стадии. Cobalt and nickel are other feasible species that can be used in the present process. A simplified pH-ORP diagram for cobalt is given in FIG. 2. Like iron, cobalt and nickel exist in the zero, divalent, and trivalent states. Unlike iron, nickel and cobalt in the zero-valence state can exist within the region of water stability. In addition, part of the stability region of cobalt and nickel within the stability region of water corresponds to conventional anaerobic processes, in particular many methanogenic processes having an ORP of approximately -250 to -400 mV. Therefore, metallic (with zero valency) cobalt or nickel can be formed in anaerobic processes from trivalent and divalent forms. Accordingly, these varieties can be used in the present method in three oxidation states and form three zones separated by solid lines, which can be used as oxidation and reduction zones. Zero-valence species are very powerful reducing agents for many toxic and persistent constituents found in many waste waters, solid wastes, contaminated soils and other wastes. These recoveries are described in US Pat. No. 5,348,629 and the patent application pending simultaneously, PCT / US 98/08649, which are part of this application by inclusion. In bivalent and trivalent forms, nickel and cobalt can form poorly soluble hydroxides and oxides. Accordingly, they can also be stored and regenerated in biological processes, including aerobic and some oxygen-free stages.

Способ далее обеспечивает, по крайней мере, одну регенерируемую разновидность регулирования щелочности. Такая разновидность может быть выбрана из кальция, цинка, алюминия, железа, никеля, кобальта, цезия и их комбинации. Эффекты таких разновидностей описываются в патенте США 5798043, который является частью настоящей заявки включением. The method further provides at least one regenerable type of alkalinity control. Such a variety may be selected from calcium, zinc, aluminum, iron, nickel, cobalt, cesium, and combinations thereof. The effects of such species are described in US Pat. No. 5,798,043, which is part of this application by inclusion.

Настоящий способ может быть проведен в многостадийной системе. Последовательность указанных стадий выбирается из группы, включающей последовательные стадии обработки, параллельные стадии обработки, параллельно-последовательные стадии обработки, стадии обработки в устройстве рейстрека, стадии обработки с рециркуляцией указанной отработанной воды и указанной биомассы среди и между указанными стадиями и их комбинации. Рабочий режим, по крайней мере, одной стадии в указанной системе выбирается из группы, включающей непрерывный режим работы, периодический режим работы, непрерывный режим работы с балансировкой потока и их комбинации. Указанные стадии периодического процесса выбираются из группы, включающей аэробную обработку, нитрификационную обработку, бескислородную обработку, денитрификационную обработку, обработку окислением биомассы, факультативную анаэробную обработку. Упомянутые стадии периодического процесса выбираются из группы, включающей стадию заполнения, стадию заполнения-выпаривания, стадию реагирования, стадию реагирования-выпаривания, стадию отверждения, стадию декантирования и их комбинации. The present method can be carried out in a multi-stage system. The sequence of these steps is selected from the group comprising sequential treatment steps, parallel treatment steps, parallel-sequential treatment steps, processing steps in a raster unit, treatment steps with recirculation of said waste water and said biomass among and between said steps and a combination thereof. The operating mode of at least one stage in the specified system is selected from the group including continuous operation, periodic operation, continuous operation with flow balancing, and combinations thereof. The indicated stages of the batch process are selected from the group including aerobic treatment, nitrification treatment, oxygen-free treatment, denitrification treatment, biomass oxidation treatment, optional anaerobic treatment. Said stages of the batch process are selected from the group including a filling step, a filling-evaporation step, a reaction step, a reaction-evaporation step, a curing step, a decanting step, and combinations thereof.

В непрерывных и периодических режимах настоящего способа указанная отработанная вода может быть многократно обработана в, по крайней мере, двух функциональных зонах для проведения стадий, выбранных из группы, включающей обработку обогащенным кислородом, аэробную обработку, нитрификационную обработку, бескислородную обработку, денитрификационную обработку, факультативную анаэробную обработку, восстановление сульфата, восстановление карбоната, кондиционирование ила, обработку окислением биомассы и их комбинации. In continuous and batch modes of the present method, said wastewater can be repeatedly treated in at least two functional zones for carrying out stages selected from the group including treatment with enriched oxygen, aerobic treatment, nitrification treatment, oxygen-free treatment, denitrification treatment, optional anaerobic treatment, sulfate reduction, carbonate reduction, sludge conditioning, biomass oxidation treatment, and combinations thereof.

Указанная биомасса в указанной системе составляется из микроорганизмов, выбранных из группы, включающей обязательные аэробные, факультативные аэробные, нитрифицирующие, денитрифицирующие, окисляющие ионы двухвалентного железа, восстанавливающие ионы трехвалентного железа, бескислородные, факультативные, анаэробные, восстанавливающие сульфат, метаногенные, обязательные анаэробные и их смеси. Далее настоящий метод может обеспечивать, по крайней мере, одну стадию анаэробного кондиционирования ила для получения биомассы, обогащенной метаногенами, и, по крайней мере, одну стадию подачи, по крайней мере, части указанного кондиционированного ила с увеличенным содержанием метаногенов в, по крайней мере, одну стадию указанной системы. The specified biomass in the specified system is composed of microorganisms selected from the group including mandatory aerobic, optional aerobic, nitrifying, denitrifying, oxidizing ferrous ions, reducing ferric ions, oxygen-free, optional, anaerobic, reducing sulfate, methanogenic, and obligatory ana . Further, the present method can provide at least one stage of anaerobic conditioning of sludge to produce methanogen-rich biomass, and at least one stage of supplying at least a portion of said conditioned sludge with an increased content of methanogens to at least one stage of the specified system.

Когда отработанная вода содержит азотсодержащие оксиионы, нитриты и нитраты, настоящий способ может быть проведен в системе, включающей, по крайней мере, одну стадию денитрификации, по крайней мере, одну стадию указанного окисления биомассы (или другую стадию восстановления), стадию многократной обработки указанной биомассы в указанных стадиях денитрификации и окисления биомассы, и стадию загрузки в указанную систему, по крайней мере, одной регенерируемой абиотической разновидности с переменным состоянием окисления. When the waste water contains nitrogen-containing oxyions, nitrites and nitrates, the present method can be carried out in a system comprising at least one denitrification step, at least one step of said biomass oxidation (or another reduction step), a step of repeatedly treating said biomass in said stages of denitrification and oxidation of biomass, and the stage of loading into said system of at least one regenerated abiotic variety with a variable state of oxidation.

Настоящий процесс может быть проведен в аппарате, включающем, по крайней мере, одну биологическую зону обработки отработанной воды с аэробными условиями и/или, по крайней мере, одну зону денитрификации с применением разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора в нижнем состоянии окисления и, по крайней мере, одну зону окисления указанной биомассы с применением разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора в высшем состоянии окисления. Средства перемещения для многократной обработки указанной биомассы в указанных биологических зонах обработки могут также быть обеспечены. По крайней мере, две из указанных биологических зон обработки и зона окисления ила могут быть объединены в едином резервуаре. Кроме того, по крайней мере, две из указанных зон могут быть объединены в том же самом пространстве в едином резервуаре. The present process can be carried out in an apparatus comprising at least one biological zone for treating wastewater with aerobic conditions and / or at least one denitrification zone using a variety of regenerated redox mediators in a lower oxidation state and at least at least one oxidation zone of said biomass using a variety of regenerated redox mediator in the highest oxidation state. Moving means for repeatedly processing said biomass in said biological treatment zones may also be provided. At least two of these biological treatment zones and a sludge oxidation zone can be combined in a single tank. In addition, at least two of these zones can be combined in the same space in a single tank.

Новый аппарат может быть многозонной системой. Связь зон в указанной многозонной системе выбирается из группы, включающей последовательные зоны обработки, параллельные зоны обработки, параллельно-последовательные зоны обработки, зоны обработки в устройстве рейстрека, зоны обработки с рециркуляцией указанной отработанной воды и указанной биомассы среди и между указанными зонами и их комбинации. Аппарат может далее быть обеспечен зоной анаэробной обработки указанной отработанной воды. The new device may be a multi-zone system. The relationship between the zones in the specified multi-zone system is selected from the group including sequential treatment zones, parallel treatment zones, parallel-treatment zones, treatment zones in the raster device, treatment zones with recirculation of the specified waste water and said biomass among and between these zones and their combinations. The apparatus may further be provided with an anaerobic treatment zone for said waste water.

Чертежи
Фиг.1 является упрощенной диаграммой pH-ORP для железа.Blueprints
Figure 1 is a simplified pH-ORP diagram for iron.

Фиг.2 является упрощенной диаграммой pH-ORP для кобальта. Figure 2 is a simplified pH-ORP diagram for cobalt.

Фиг.3 является блок-схемой процесса денитрификации с окислением биомассы в побочной зоне с восстановительными условиями. Figure 3 is a flowchart of a denitrification process with biomass oxidation in a secondary zone with reducing conditions.

Фиг.4 является блок-схемой процесса фиг.1 с добавленной аэробной стадией процесса, сопровождающей стадию денитрификации. FIG. 4 is a flowchart of the process of FIG. 1 with the added aerobic process step accompanying the denitrification step.

Фиг.5 является блок-схемой процесса фиг.2 с добавленной аэробной стадией процесса, предшествующей стадии денитрификации. FIG. 5 is a flowchart of the process of FIG. 2 with the added aerobic process step preceding the denitrification step.

Фиг. 6 является блок-схемой части системы обработки с двумя последовательными аэробно-денитрификационными зонами и единичной предназначенной зоной окисления биомассы. FIG. 6 is a block diagram of a portion of a treatment system with two consecutive aerobic denitrification zones and a single designated biomass oxidation zone.

Фиг. 7 является блок-схемой процесса денитрификации с предназначенной зоной окисления биомассы в линии рециркуляции ила. FIG. 7 is a flowchart of a denitrification process with a designated biomass oxidation zone in a sludge recirculation line.

Фиг. 8 является системой рейстрека с аэробной денитрификационной и зоной окисления биомассы. FIG. 8 is a raster track system with aerobic denitrification and a biomass oxidation zone.

Фиг. 9 является поперечным сечением устройства денитрификации-аэрации-окисления биомассы. FIG. 9 is a cross section of a denitrification-aeration-oxidation of biomass device.

Фиг. 10 является модифицированной Biolac системой с добавленными зонами денитрификации-окисления биомассы. FIG. 10 is a modified Biolac system with added denitrification-oxidation zones of biomass.

Фиг. 11 является системой с улучшенным переносом кислорода, использующей хемосорбцию разновидностью регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора. FIG. 11 is an improved oxygen transport system using chemisorption with a type of regenerated redox mediator.

Фиг. 12 является системой с формой металла с нулевой валентностью разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора. FIG. 12 is a zero-valence metal form system of a type of regenerated redox mediator.

Детальное описание изобретения
Фиг.3 является блок-схемой процесса денитрификации с окислением биомассы в побочной зоне с восстановительными условиями. Этот вариант осуществления изобретения эксплуатируется следующим образом. Система загружается разновидностью регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора, имеющего переменное состояние окисления, например солью железа, посредством которого железо может изменяться между ионами высшей валентности (трехвалентные ионы железа) и ионами низшей валентности (двухвалентные ионы железа). Отработанная вода, загруженная органическими веществами и нитритами и/или нитратам, и подается через линию 1 в зону 2 денитрификации. В этой зоне органические вещества биологически окисляются до диоксида углерода и воды и образуется новая биомасса. Одновременно нитриты и/или нитраты частично восстанавливаются до молекулярного азота и окислов трехвалентного и пятивалентного азота (газообразные формы азота) и остающиеся нитриты и нитраты окисляют ионы двухвалентного железа до ионов трехвалентного железа с превращением в газообразные формы азота. Часть перемешанной жидкости от зоны 2 направляется через линию 3 к конечному сепаратору ила 4 (осветитель или другие средства), обработанная осветленная отработанная вода эвакуируется через линию 5 и отделенный ил рециркулируется в зону 2 через линию 9. Другая часть перемешанной жидкости направляется через линию 7 в зону 6 окисления биомассы и возвращается назад в зону 2 через линию 8. В зоне 6 ионы трехвалентного железа окисляют биомассу и возвращаются в ионы двухвалентного железа; последние рециркулируются в зону 2 для применения в процессе денитрификации. Окисление биомассы вызывает значительное восстановление избыточного ила. Ионы железа образуют нерастворимые фосфаты, частицы которых становятся сцепленными в иле и удаляются из системы с избыточным илом. В интервале рН биологической обработки образуются фактически нерастворимый гидрооксид железа (III) и умеренно растворимый гидрооксид железа (II). Соответственно ионы железа, загруженные в систему, циркулируют между зонами 2 и 6 и сепаратором 4 ила.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Figure 3 is a flowchart of a denitrification process with biomass oxidation in a secondary zone with reducing conditions. This embodiment of the invention is operated as follows. The system is loaded with a type of regenerated redox mediator having a variable oxidation state, for example, an iron salt, through which iron can change between higher valence ions (trivalent iron ions) and lower valence ions (divalent iron ions). Wastewater loaded with organic substances and nitrites and / or nitrates, and is fed through line 1 to denitrification zone 2. In this zone, organic matter is biologically oxidized to carbon dioxide and water and a new biomass is formed. At the same time, nitrites and / or nitrates are partially reduced to molecular nitrogen and oxides of trivalent and pentavalent nitrogen (gaseous forms of nitrogen) and the remaining nitrites and nitrates oxidize ferrous ions to ferric ions with conversion to gaseous forms of nitrogen. Part of the mixed liquid from zone 2 is sent through line 3 to the final sludge separator 4 (clarifier or other means), the treated clarified waste water is evacuated through line 5 and the separated sludge is recycled to zone 2 through line 9. Another part of the mixed liquid is sent through line 7 to zone 6 of biomass oxidation and returns back to zone 2 via line 8. In zone 6, ferric ions oxidize the biomass and return to ferrous ions; the latter are recycled to zone 2 for use in the denitrification process. Oxidation of biomass causes significant recovery of excess sludge. Iron ions form insoluble phosphates, particles of which become cohesive in the sludge and are removed from the system with excess sludge. In the pH range of the biological treatment, virtually insoluble iron (III) hydroxide and moderately soluble iron (II) hydroxide are formed. Accordingly, iron ions loaded into the system circulate between zones 2 and 6 and the sludge separator 4.

Преимущества этого процесса над известным уровнем техники следующие. Нитриты и нитраты удаляются при окислении ионов двухвалентного железа в ионы трехвалентного железа. В известном уровне техники вместо этого применяются метанол или другие приобретенные органические вещества. Кроме того, ионы трехвалентного железа далее применяются для окисления биомассы, приводящего, таким образом, к уменьшению избыточного ила. Это представляет неожиданную выгоду настоящего изобретения. Поскольку ионы железа применяются для денитрификации и окисления биомассы, всегда имеется избыточное железо, обеспечивающее полное удаление фосфора. В отличие от общепринятых способов удаления фосфора с добавками соли металла потери загруженного железа являются очень небольшими. Соответственно ионы железа и другие подобные разновидности называются здесь регенерируемыми абиотическими разновидностями. Потери железа обуславливаются связыванием фосфором и некоторой потерей гидрооксидов железа с небольшим количеством отработанного ила. Однако железо, потерянное с илом, является коагулянтом, который был бы добавлен к илу позднее в процессах обработки ила. Поэтому все загруженное железо полезно применяется в системе. Кроме того, ил, окисленный в настоящем процессе, хорошо минерализуется и должен легко обезвоживаться. Он не будет нуждаться в стабилизации в специальном процессе обработки ила. Необязательно, отработанный ил может быть гидролизован с применением химического, термического или анаэробного биологического гидролиза, и указанная разновидность регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора может быть почти полностью регенерирована для применения в настоящем процессе. Остающийся остаток представляет в значительной степени нерастворимое минеральное вещество, которое может быть применено, например, как заполнение в строительных конструкциях. The advantages of this process over the prior art are as follows. Nitrites and nitrates are removed by the oxidation of ferrous ions to ferric ions. In the prior art, methanol or other acquired organic substances are used instead. In addition, ferric ions are further used to oxidize biomass, thereby leading to a reduction in excess sludge. This is an unexpected benefit of the present invention. Since iron ions are used for denitrification and oxidation of biomass, there is always excess iron, which ensures complete removal of phosphorus. In contrast to conventional phosphorus removal methods with metal salt additives, the loss of loaded iron is very small. Accordingly, iron ions and other similar species are referred to herein as regenerated abiotic species. Iron losses are caused by phosphorus binding and some loss of iron hydroxides with a small amount of spent sludge. However, iron lost with sludge is a coagulant that would be added to the sludge later in the sludge treatment processes. Therefore, all loaded iron is useful in the system. In addition, the sludge oxidized in the present process is well mineralized and should be easily dehydrated. He will not need stabilization in a special sludge treatment process. Optionally, the spent sludge can be hydrolyzed using chemical, thermal or anaerobic biological hydrolysis, and this type of regenerated redox mediator can be almost completely regenerated for use in the present process. The remaining residue is a largely insoluble mineral substance that can be used, for example, as a filling in building structures.

Фиг.4 представляет блок-схему процесса фиг.3 с добавленной аэробной стадией 10 процесса, сопровождающей стадию 2 денитрификации. Линия 15 для рециркуляции может быть также обеспечена. Этот вариант осуществления может быть применен для удаления поступающего азота в формах, отличных от нитритов и нитратов. Например, входящий поток отработанной воды может включать органический и/или аммиачный азот. В этом варианте осуществления азот превращается в нитраты и нитриты в аэробной зоне 10 и рециркулируется в зону 2 денитрификации через линию 15. Остальная часть операций является той же самой, как предварительно описано, и не будет повторяться. Вследствие окисления до ионов трехвалентного железа потеря железа со сточными водами будет фактически устранена. FIG. 4 is a flowchart of the process of FIG. 3 with the added aerobic process step 10 accompanying the denitrification step 2. A recycle line 15 may also be provided. This embodiment can be used to remove incoming nitrogen in forms other than nitrites and nitrates. For example, the waste water inlet stream may include organic and / or ammonia nitrogen. In this embodiment, nitrogen is converted to nitrates and nitrites in aerobic zone 10 and recycled to denitrification zone 2 via line 15. The rest of the operations are the same as previously described and will not be repeated. Due to oxidation to ferric ions, the loss of iron with wastewater will be virtually eliminated.

Фиг.5 представляет блок-схему процесса фиг.4 с добавленной аэробной стадией 12 процесса, предшествующей стадии 2 денитрификации. Эта фигура также демонстрирует линию 15 для рециркуляции перемешанной жидкости между зонами 2 и 12, линию 16 для рециркуляции перемешанной жидкости между зонами 10 и 6 и линию 14 подачи части входящего потока в зону 6. В зоне 12 органические вещества превращаются в новую биомассу, диоксид углерода и воду, а азот в значительной степени превращается в нитриты и нитраты. Зоны 2 и 6 эксплуатируются, как ранее описано. Аэробная зона 10 служит как зона полного удаления органических веществ и окисления железа. Дополнительная нитрификация может также происходить в этой зоне. Линия 15 для рециркуляции является необязательной и должна быть предпочтительно применена при обработке отработанной воды с высоким содержанием азота. Рециркуляционный денитрификационный поток в зону 12 уменьшает концентрацию нитритов и нитратов, и рН колеблется в системе. Линия 16 для рециркуляции может быть применена для доставки ионов трехвалентного железа непосредственно в зону 6 окисления биомассы для окисления большего количества биомассы. Дополнительно повторные циклы через линии 15 и 16 уравнивают концентрации входящих органических веществ и азота. Линия 14 обеспечивает прямую подачу органических веществ с частью входящего потока в зону 6 окисления биомассы для расхода избыточных ионов трехвалентного железа в системе. FIG. 5 is a flowchart of the process of FIG. 4 with the added aerobic process step 12 preceding the denitrification step 2. This figure also shows a line 15 for recycling mixed fluid between zones 2 and 12, a line 16 for recycling mixed fluid between zones 10 and 6, and a line 14 for supplying a portion of the input stream to zone 6. In zone 12, the organic materials are converted to a new biomass, carbon dioxide and water, and nitrogen is largely converted into nitrites and nitrates. Zones 2 and 6 are operated as previously described. Aerobic zone 10 serves as a zone of complete removal of organic substances and oxidation of iron. Additional nitrification may also occur in this zone. Recirculation line 15 is optional and should preferably be used in the treatment of high nitrogen wastewater. The recycle denitrification stream to zone 12 reduces the concentration of nitrites and nitrates, and the pH fluctuates in the system. Recycling line 16 can be used to deliver ferric ions directly to biomass oxidation zone 6 to oxidize more biomass. Additionally, repeated cycles through lines 15 and 16 equalize the concentrations of incoming organic matter and nitrogen. Line 14 provides a direct supply of organic substances with a portion of the input stream to the biomass oxidation zone 6 for the consumption of excess ferric ions in the system.

Фиг. 6 является блок-схемой процесса части системы обработки с двумя последовательными аэробно-денитрификационными зонами 12 и 2а и 17 и 2b и единичной предназначенной зоной 6 окисления биомассы. Такое устройство может быть объединено с дополнительными зонами: аэробной и для разделения ила и линиями повторного цикла, как ранее описано. Это устройство может быть применено для полного удаления азота. Единичная зона окисления биомассы в этом варианте осуществления является еще одной иллюстрацией возможных модификаций, которые могут быть легко разработаны специалистами в данной области техники на основании настоящего раскрытия. FIG. 6 is a flowchart of a part of a treatment system with two consecutive aerobic denitrification zones 12 and 2a and 17 and 2b and a single designated biomass oxidation zone 6. Such a device can be combined with additional zones: aerobic and for the separation of sludge and recycling lines, as previously described. This device can be used to completely remove nitrogen. A single biomass oxidation zone in this embodiment is yet another illustration of possible modifications that can be easily developed by those skilled in the art based on the present disclosure.

Фиг.7 является блок-схемой процесса денитрификации с предназначенной зоной окисления биомассы в линии рециркуляции ила. В этом варианте осуществления входящий поток отработанной воды подается через линию 1 в аэробную зону 12, где органические вещества превращаются в новую биомассу, диоксид углерода и воду и разновидности азота окисляются в нитриты и нитраты. Из зоны 12 перемешанная жидкость направляется через линию 13 в зону 2 для денитрификации ионами двухвалентного железа. Далее перемешанная жидкость идет через линию 3 в аэробную зону 10 для полного удаления органических веществ и окисления ионов двухвалентного железа до ионов трехвалентного железа (III), которые образуют гидрооксид железа (III). Перемешанная жидкость, несущая биомассу и хлопьевидный гидрооксид железа (III), входит в сепаратор 4 ила. После разделения осветленная обработанная отработанная вода выпускается через линию 5. Отделенный ил, включающий биомассу, гидрооксид железа (III) и накопленные инертные составные части, эвакуируется через линию 9. Он далее направляется частично в аэробную зону 12, в то время как остаток ила подается через линию 19 в зону 20 окисления биомассы и далее через линию 21 в зону 2. Необязательно, часть ила из зоны 20 может быть подана через линию 22 в зону 12. Биомасса частично окисляется в зоне 20 ионами трехвалентного железа, становящимися ионами двухвалентного железа. 7 is a flowchart of a denitrification process with a designated biomass oxidation zone in a sludge recirculation line. In this embodiment, the waste water inlet stream is fed through line 1 to the aerobic zone 12, where organic matter is converted to new biomass, carbon dioxide and water, and nitrogen species are oxidized to nitrites and nitrates. From zone 12, the mixed liquid is sent through line 13 to zone 2 for denitrification with ferrous ions. Next, the mixed liquid goes through line 3 to the aerobic zone 10 to completely remove organic substances and oxidize the ferrous ions to ferric ions (III), which form iron (III) hydroxide. A mixed liquid carrying biomass and flocculated iron (III) hydroxide enters the sludge separator 4. After separation, the clarified treated waste water is discharged through line 5. The separated sludge, including biomass, iron (III) hydroxide and accumulated inert components, is evacuated through line 9. It is then sent partially to aerobic zone 12, while the remainder of the sludge is fed through line 19 to zone 20 of biomass oxidation and then through line 21 to zone 2. Optionally, part of the sludge from zone 20 can be fed through line 22 to zone 12. Biomass is partially oxidized in zone 20 by ferric ions, which become bivalent ions The leg iron.

Фиг. 8 является схемой расположения системы рейстрека с аэробной, денитрификационной и окисления ила зонами. Этот вариант осуществления включает линию 1 входящего потока, кольцевую аэробную зону 12, охватывающую кольцевую зону 2 денитрификации, центральную зону 6 окисления биомассы и линию 3, ведущую к сепаратору ила. Сепаратор ила и устройства возвращения ила не демонстрируются. Щетковые аэраторы 23 аэрируют и приводят в движение перемешанную жидкость в зоне 12. Винтовые мешалки 24 и 25 приводят в движение и перемешивают перемешанную жидкость в зонах 2 и 6 соответственно. Зоны 12, 2 и 6 сообщаются гидравлически с применением клапанов 13, 7 и 8. Это расположение соответствует блок-схеме процесса, показанной на фиг.4, и эксплуатируется, как ранее описано. Другая модификация расположении рейстрега и оборудования может быть применена, как известно специалистам в данной области техники, во время проектирования. Настоящие теории являются достаточными для проектирования вариантов процесса, не продемонстрированных в этом описании. FIG. 8 is a layout of a raster system with aerobic, denitrification, and sludge oxidation zones. This embodiment includes an inlet stream line 1, an annular aerobic zone 12 spanning a denitrification annular zone 2, a central biomass oxidation zone 6, and a line 3 leading to the sludge separator. Sludge separator and sludge recovery devices are not shown. The brush aerators 23 aerate and drive the mixed fluid in zone 12. The screw mixers 24 and 25 drive and mix the mixed fluid in zones 2 and 6, respectively. Zones 12, 2 and 6 communicate hydraulically using valves 13, 7 and 8. This arrangement corresponds to the flowchart shown in FIG. 4 and is operated as previously described. Another modification of the location of the raster and equipment can be applied, as is known to specialists in this field of technology, during design. These theories are sufficient to design process options not shown in this description.

Фиг. 9 является поперечным сечением устройства денитрификации-аэрации-окисления биомассы. Эта система включает резервуар 28, размещающий функциональные зоны 2, 6 и 10, как описано на фиг.4. Соответственно система эксплуатируется, как ранее описано. Обсуждаются только характерные особенности, связанные с этим конкретным расположением. В этой системе зона 2 подвергается воздействию над зоной 6 и ил, включающий биомассу и гидрооксиды железа, уплотняется в зоне 6. Это уменьшает объем зоны 6 окисления биомассы. Ил может быть доставлен из зоны 6 в зону 2 через напорную трубу 7, которая может быть снабжена пневматическим подъемником, насосом, струйным насосом или другими средствами подъема. Аэраторы 26 и осветлители 4 демонстрируются в зоне 10. Этот вариант осуществления не имеет хорошо определенных границ, отделяющих зоны 2, 6 и 10, и многие линии, показанные на фиг.2 для соединения этих зон, отсутствуют. Другие модификации объединенных расположений и оборудования могут быть применены, как известно специалистам в данной области техники, во время проектирования. Настоящие теории являются достаточными для проектирования вариантов процесса, не продемонстрированных в этом описании. FIG. 9 is a cross section of a denitrification-aeration-oxidation of biomass device. This system includes a reservoir 28 accommodating functional zones 2, 6, and 10, as described in FIG. Accordingly, the system is operated as previously described. Only characteristic features associated with this particular arrangement are discussed. In this system, zone 2 is exposed to zone 6 and sludge, including biomass and iron hydroxides, is compacted in zone 6. This reduces the volume of zone 6 of biomass oxidation. The sludge can be delivered from zone 6 to zone 2 through a pressure pipe 7, which can be equipped with a pneumatic elevator, pump, jet pump or other lifting means. Aerators 26 and clarifiers 4 are shown in zone 10. This embodiment does not have well defined boundaries separating zones 2, 6, and 10, and many lines shown in FIG. 2 for connecting these zones are missing. Other modifications to the combined locations and equipment may be applied, as is known to those skilled in the art, during design. These theories are sufficient to design process options not shown in this description.

Фиг. 10 является модифицированной Biolac системой с добавленными зонами денитрификации-окисления биомассы. Biolac описывается в патентах США 4287062, 4797212 и 5472611. Эта система включает резервуар 28, размещающий функциональные зоны 12, 2, 6 и 10, как описано на фиг.5. Соответственно система эксплуатируется, как ранее описано. Обсуждаются только характерные особенности, связанные с этим конкретным расположением. В этой системе зона 2 подвергается воздействию над зоной 6 и ил, включающий биомассу и гидрооксиды железа, уплотняется в зоне 6. Это уменьшает объем зоны 6 окисления биомассы. Ил может быть доставлен из зоны 6 в зону 2 через напорную трубу 7, которая может быть снабжена пневматическим подъемником, насосом, струйным насосом или другими средствами подъема. Плавающие аэраторы 26 демонстрируются в аэробных зонах 12 и 10. Плавающие осветлители (не показанные) могут также быть установлены внутри резервуара 28. В отличие от других описанных систем этот вариант осуществления имеет плавающие и перемещающиеся аэраторы 26 и плавающие и перемещающиеся средства 7 перемещения ила. Средства 7 перемещения ила могут быть обеспечены насосом, пневматическим подъемником, струйным насосом или другими средствами для перемещения жидкостей. Аэраторы 26 и средства 7 перемещения ила связываются и подвешиваются у плавающей трубы 27 воздуха, которая связывается с воздушным трубопроводом 29. Конструкционная поддержка для плавающей сборки, включающей элементы 7, 26 и 27, обеспечивается якорной цепью 30 и якорем 31. Необязательные шторы 32 могут быть предусмотрены для лучшего разделения зоны 2 денитрификации от аэробных зон 12 и 10. Этот вариант осуществления не имеет хорошо определенных границ, отделяющих зоны 2, 6 и 10, и многие линии, продемонстрированные на фиг.3 для соединения этих зон, отсутствуют. Другие модификации объединенных расположений и оборудования могут быть применены, как известно специалистам в данной области техники, во время проектирования. Например, зоны 2 и 6 могут быть размещены по плоскому основанию с применением перегородок, стены резервуара 28 могут быть вертикальными и общепринятый осветлитель для разделения ила может быть установлен в пределах или вне резервуара 28. Подразумевается, что аэробные, анаэробные и кондиционирующие ил зоны могут быть размещены в Biolac системе с плоским основанием рядом или аэробные зоны могут подвергаться воздействию над анаэробными зонами. Необязательно, средства успокаивания могут быть предусмотрены между вертикально скомплектованными анаэробными и аэробными зонами. Также необязательно потоки рейстрека могут быть применены в модифицированном Biolac. Анаэробные зоны могут связываться с аэробными зонами с помощью средств, перемещающих воду (насосы, водные струи, пневматические подъемники или другие). FIG. 10 is a modified Biolac system with added denitrification-oxidation zones of biomass. Biolac is described in US Pat. Nos. 4,287,062, 4,797,212 and 5,472,611. This system includes a reservoir 28 accommodating functional zones 12, 2, 6, and 10, as described in FIG. Accordingly, the system is operated as previously described. Only characteristic features associated with this particular arrangement are discussed. In this system, zone 2 is exposed to zone 6 and sludge, including biomass and iron hydroxides, is compacted in zone 6. This reduces the volume of zone 6 of biomass oxidation. The sludge can be delivered from zone 6 to zone 2 through a pressure pipe 7, which can be equipped with a pneumatic elevator, pump, jet pump or other lifting means. Floating aerators 26 are shown in aerobic zones 12 and 10. Floating clarifiers (not shown) can also be installed inside the tank 28. Unlike the other systems described, this embodiment has floating and moving aerators 26 and floating and moving sludge transfer means 7. Means 7 for moving sludge can be provided with a pump, pneumatic hoist, jet pump or other means for moving liquids. Aerators 26 and sludge transfer means 7 are connected and suspended from a floating air pipe 27, which is connected to the air pipe 29. Structural support for the floating assembly, including elements 7, 26 and 27, is provided by the anchor chain 30 and the anchor 31. Optional curtains 32 can be provided for a better separation of denitrification zone 2 from aerobic zones 12 and 10. This embodiment does not have well defined boundaries separating zones 2, 6 and 10, and many of the lines shown in FIG. 3 for connecting these zones are missing make it. Other modifications to the combined locations and equipment may be applied, as is known to those skilled in the art, during design. For example, zones 2 and 6 can be placed on a flat base using partitions, the walls of the tank 28 can be vertical and a common clarifier for separating sludge can be installed inside or outside the tank 28. It is understood that aerobic, anaerobic and conditioning sludge zones can be placed in a nearby Biolac flat base system or aerobic zones may be exposed over anaerobic zones. Optionally, sedatives may be provided between vertically stacked anaerobic and aerobic zones. Optionally, raster track streams can be used in modified Biolac. Anaerobic zones can communicate with aerobic zones by means of moving water (pumps, water jets, pneumatic lifts or others).

Добавка кальция, например извести, к настоящей системе является также выгодной. В аэробных зонах, таких как зоны 10 и 12, диоксид углерода удаляется, и образуется нерастворимый карбонат кальция. Это нерастворимое соединение сохраняется в системе и перемещается в зоны 2 денитрификации и далее в зоны 6 окисления биомассы. В зонах 2 и 6 диоксид углерода образуется и не хорошо удаляется и некоторые летучие жирные кислоты могут также быть образованы, таким образом производя закисление среды в этих зонах. При таких условиях карбонат кальция будет превращаться в бикарбонат кальция, таким образом буферируя рН. В этой системе для нитрификации, денитрификации и окисления железа является возможным поддерживать во всех зонах значения рН около оптимальных. Добавление небольших количеств катализаторов, например солей марганца или меди, далее увеличивает скорость и эффективность окисления железа в системе. Измельченный в порошок (распыляемый) активированный углерод (РАС) и/или измельченный в порошок или тонкоизмельченный уголь может быть также применен для увеличения скорости и эффективности окислительно-восстановительных процессов в настоящей системе. Подобно железу и кальцию потери РАС являются очень небольшими. Поэтому он может быть загружен однажды и небольшие потери могут периодически пополняться. The addition of calcium, for example lime, to the present system is also advantageous. In aerobic zones, such as zones 10 and 12, carbon dioxide is removed and insoluble calcium carbonate is formed. This insoluble compound is stored in the system and moves to denitrification zones 2 and further to biomass oxidation zones 6. In zones 2 and 6, carbon dioxide is formed and is not well removed, and some volatile fatty acids can also be formed, thus producing acidification of the medium in these zones. Under these conditions, calcium carbonate will turn into calcium bicarbonate, thereby buffering the pH. In this system, for nitrification, denitrification and oxidation of iron, it is possible to maintain pH values in all zones near optimal. The addition of small amounts of catalysts, for example, manganese or copper salts, further increases the rate and efficiency of iron oxidation in the system. Powdered (sprayed) activated carbon (PAC) and / or powdered or finely divided carbon can also be used to increase the speed and efficiency of redox processes in the present system. Like iron and calcium, RAS losses are very small. Therefore, it can be loaded once and small losses can be periodically replenished.

Фиг. 11 представляет систему с улучшенным переносом кислорода с применением хемосорбции разновидностью регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора. Система включает линию 1 входящего потока, устройство 2 окисления субстрата, в котором подаваемый окислитель является разновидностью медиатора в окисленной форме, как ионы трехвалентного железа, линию 41, соединяющую реактор 2 с устройством 40 окисления разновидности медиатора, в котором разновидности медиатора окисляются предельным окислителем. Предельный окислитель подается через линию 44, остаточные газы, включая газы, десорбированные из обрабатываемой жидкости, выделяются у поверхности, открытого резервуара 40 или через линию 45. Таким образом, "насыщенная кислородом" жидкость рециркулируется в реактор 2 через линию 43. Перемешанная жидкость затем перемещается по линии 42 в устройство 4 разделения ила, откуда сточные воды выпускаются через линию 5 и отделенный ил, несущий регенерируемую разновидность медиатора в значительной степени в нерастворимой форме, возвращается в реактор 2 через линию 9. Подача восстановленной разновидности медиатора, способной к хемосорбции газообразных окислителей в устройстве 40, значительно увеличивает как скорость, так и процент растворения кислорода и связывания вторичным (промежуточным) окислителем по сравнению с соответствующими общепринятыми системами аэрации. Кислород, воздух, озон, пероксид водорода или другой окисляющий агент или комбинация нескольких предельных окислителей могут быть применены. Любой известный аппарат с контактом газа и жидкости может быть применен в качестве устройства 40. В случае газообразных предельных окислителей устройством 40 окисления может быть сосуд под атмосферным давлением или он может быть находящимся под давлением. В находящейся под давлением системе с воздухом существенная доля кислорода становится связанной в процессе хемосорбции, в то время как азот становится отделимым. Растворенный азот может быть применен как флотационный газ в устройстве 4 разделения ила, которое в таком случае должно быть устройством флотации. В системах чистого кислорода с полным использованием кислорода устройство 40 может быть эксплуатировано почти без газообразных испусканий. Процесс фиг.11 отличается от такового фиг.4 в том, что устройство 40 служит только для превращения разновидности регенерируемого медиатора в окисленное состояние, в то время как реактор 10 является биологическим реактором, в котором также происходят превращения органических субстратов и рост биомассы. FIG. 11 represents a system with improved oxygen transfer using chemisorption of a type of regenerated redox mediator. The system includes an inlet stream line 1, a substrate oxidation device 2, in which the supplied oxidizing agent is a type of mediator in oxidized form, like ferric ions, a line 41 connecting reactor 2 to a device for oxidizing a type of mediator 40, in which the types of mediator are oxidized by a limit oxidizing agent. The limiting oxidizer is supplied through line 44, residual gases, including gases stripped from the fluid to be treated, are released at the surface of the open reservoir 40 or via line 45. Thus, the “oxygenated” liquid is recycled to the reactor 2 through line 43. The mixed liquid then moves along line 42 to the sludge separation device 4, from where the wastewater is discharged through line 5 and the separated sludge carrying the regenerated version of the mediator to a large extent in an insoluble form is returned to the reactor 2 Erez line 9. Feed reduced mediator species capable of chemosorption of gaseous oxidizers in the unit 40 greatly increases both the speed and the percentage of oxygen dissolution and binding of the secondary (intermediate) oxidant compared to corresponding conventional aeration systems. Oxygen, air, ozone, hydrogen peroxide or another oxidizing agent or a combination of several saturated oxidizing agents may be used. Any known apparatus with gas and liquid contact can be used as the device 40. In the case of gaseous limit oxidizing agents, the oxidation device 40 can be a vessel under atmospheric pressure or it can be under pressure. In a pressurized system with air, a significant proportion of oxygen becomes bound during chemisorption, while nitrogen becomes separable. Dissolved nitrogen can be used as flotation gas in a sludge separation device 4, which in this case should be a flotation device. In pure oxygen systems with full use of oxygen, device 40 can be operated with almost no gaseous emissions. The process of FIG. 11 differs from that of FIG. 4 in that the device 40 serves only to convert the variety of the regenerated mediator into an oxidized state, while the reactor 10 is a biological reactor in which conversions of organic substrates and growth of biomass also occur.

Фиг.12 показывает анаэробный реактор 50 с сильно восстановительными условиями. Специальная зона 51 кондиционирования ила с гидравлической связью с реактором 50 может также быть применена. Например, в реакторе 50 и особенно в зоне 51 метаногенные процессы могут преобладать, таким образом понижая окислительно-восстановительный потенциал до уровня восстановления некоторых ионов металлов до формы металла с нулевой валентностью. Например, кобальт и никель могут быть восстановлены при таких условиях до состояния металла. В таком состоянии они также станут разновидностью регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора. Другие восстановительные агенты, например гипофосфит, могут быть добавлены для получения таких восстановлений металла. Необязательно реактор 50 может быть применен вместе с аэробным реактором 10 и другими устройствами, как ранее описано. Различные дополнительные линии рециркуляции, такие как линия 59, могут также быть предусмотрены. 12 shows an anaerobic reactor 50 with highly reducing conditions. A special sludge conditioning zone 51 with hydraulic connection to the reactor 50 can also be applied. For example, in the reactor 50, and especially in zone 51, methanogenic processes can predominate, thereby lowering the redox potential to the reduction level of some metal ions to a metal form with zero valency. For example, cobalt and nickel can be reduced under such conditions to the state of the metal. In this state, they will also become a type of regenerated redox mediator. Other reducing agents, for example hypophosphite, may be added to obtain such metal reductions. Optionally, reactor 50 may be used in conjunction with aerobic reactor 10 and other devices, as previously described. Various additional recirculation lines, such as line 59, may also be provided.

Необязательно регенерируемая окислительно-восстановительная разновидность может быть введена как металлы с нулевой валентностью с одновременным восстановлением целевой разновидности. Например, фильтр с железным слоем или слоем, сделанным из железа и электропроводящих форм углерода (антрацит, GAC, кокс), может быть применен для восстановления нитритов и нитратов и/или различных токсических и стойких органических веществ. Одновременно железо растворяется и вводится в систему. При обычно встречающихся значениях рН растворенное железо осаждается внутри фильтра, главным образом, как гидрооксид железа (II), который может быть удален с фильтра промывкой обратной струей. Растворение железа может быть далее ускорено и восстановление целевых составных частей также может быть улучшено при подаче потока, содержащего ионы трехвалентного железа, на указанные фильтры. Такие фильтры могут быть включены в описанную или иначе модифицированную биологическую систему обработки или они могут быть применены как третичные фильтры обработки после вторичных осветлителей в биологических системах. В любом случае такие фильтры могут восстанавливать нитриты/нитраты и токсические органические вещества и осаждать фосфор. Содержащая металл обратная струя от этих фильтров будет направляться на стадии биологической обработки и применяться, как ранее описано. An optionally regenerated redox species can be introduced as zero valence metals while reducing the target species. For example, a filter with an iron layer or a layer made of iron and electrically conductive forms of carbon (anthracite, GAC, coke) can be used to reduce nitrites and nitrates and / or various toxic and persistent organic substances. At the same time, iron is dissolved and introduced into the system. At commonly encountered pH values, dissolved iron precipitates inside the filter, mainly as iron (II) hydroxide, which can be removed from the filter by backwash. The dissolution of iron can be further accelerated and the recovery of the target constituents can also be improved by applying a stream containing ferric ions to said filters. Such filters may be included in the described or otherwise modified biological treatment system, or they may be used as tertiary treatment filters after secondary clarifiers in biological systems. In any case, such filters can reduce nitrites / nitrates and toxic organic substances and precipitate phosphorus. The metal-containing return stream from these filters will be routed to the biological treatment stage and applied as previously described.

Объединенный ресурс регенерируемой окислительно-восстановительной разновидности в биологических системах обработки с флуктуацией потоков и концентраций помогает выравнивать динамические вариации в выходных параметрах (качестве сточных вод) и в требованиях на аэрацию и другие условия эксплуатации. Например, во время низкой скорости загрузки органических веществ в биологической обработке BOD (COD) с удалением или без удаления пищевых веществ окисленные формы регенерируемой окислительно-восстановительной разновидности накапливаются в системе. В течение периода, большего, чем средняя скорость загрузки, ранее накопленные окисленные разновидности восстанавливаются, таким образом минимизируя пиковую потребность кислорода. Соответственно система аэрации не должна быть разработана для максимальных скоростей загрузки BOD и аммиачного азота. Она может соответствовать скорости, отчасти разумно большей, чем средняя скорость загрузки. Такое динамическое поведение настоящей системы является значительной неожиданной выгодой для снижения стоимости и простоты эксплуатации. The combined resource of the regenerated redox species in biological treatment systems with fluctuations in fluxes and concentrations helps to equalize dynamic variations in output parameters (wastewater quality) and in requirements for aeration and other operating conditions. For example, during a low loading rate of organic substances in a BOD (COD) biological treatment with or without the removal of food substances, oxidized forms of the regenerated redox species accumulate in the system. During a period greater than the average loading rate, previously accumulated oxidized species are restored, thereby minimizing peak oxygen demand. Accordingly, the aeration system should not be designed for maximum loading rates of BOD and ammonia nitrogen. It can correspond to a speed, partly reasonably greater than the average download speed. This dynamic behavior of a real system is a significant unexpected benefit to reduce cost and ease of operation.

Фигуры 1 и 2 определяют существенные свойства разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора. Эти фигуры также ясно показывают, что границы между областями окисления и восстановления различаются для выбранной разновидности. Кроме того, некоторая разновидность может делить полную окислительно-восстановительную область биологических процессов на более чем две области окисления и восстановления. Соответственно определение биологических стадий окисления и восстановления должно быть скоординировано со свойствами выбранной разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора. Биологические процессы могут плавно переходить от окисления до восстановления следующим образом: системы кислорода высокой чистоты, аэрированные воздухом системы, включая нитрификацию, системы денитрификации, системы восстановления ионов трехвалентного железа, системы восстановления сульфатов, системы восстановления карбонатов (метанации). Соответствующими первичными окислителями (или акцепторами электронов) являются кислород, кислород воздуха, нитриты и нитраты, ионы трехвалентного железа, сульфаты и карбонаты. Галогенированные и некоторые другие "окисленные" органические вещества могут также быть первичными окислителями. Углеводороды (составные части отработанной воды или приобретенных реагентов) и биомасса (содержание органических веществ биомассы) являются предельными восстановителями (или донорами электронов) в этой системе. Разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора являются вторичными окислительными разновидностями (акцепторами электронов) в их реакциях окисления предельных восстановительных агентов, и они являются вторичными восстановителями (донорами электронов) в их реакциях восстановления с первичными окислителями. Системы кислорода высокой чистоты и восстановления диоксида углерода являются почти всегда стадиями окисления и восстановления в контексте этого способа. Однако все другие стадии в окислительно-восстановительной шкале могут быть либо стадиями окисления, либо стадиями восстановления в зависимости от положения граничной линии (или линий) на диаграмме pH-ORP для выбранной разновидности регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора или комбинации таких разновидностей. Подразумевается, что комбинация нескольких разновидностей регенерируемого окислительно-восстановительного медиатора может быть применена одновременно. Эти разновидности могут осуществляться, как описано в этом способе, и также реагировать друг с другом, как известно специалистам в данной области техники. Например, никель и кобальт могут соединяться на железе с нулевой валентностью, могут происходить различные окислительно-восстановительные или другие процессы, известные из фундаментальных наук и технических применений. Эти взаимодействия могут производить синергетические выгодные эффекты в настоящем способе. Например, цементирование более электроположительной разновидности на менее электроположительной разновидности ускоряет скорость целевого процесса и эффективность. Соответственно настоящее изобретение выполняет цели: разработать простую, надежную, эффективную и экономическую систему для удаления органических веществ и пищевых веществ с низким образованием илов. Figures 1 and 2 determine the essential properties of a variety of regenerated redox mediator. These figures also clearly show that the boundaries between the oxidation and reduction regions differ for the selected species. In addition, a certain species may divide the entire redox region of biological processes into more than two regions of oxidation and reduction. Accordingly, the determination of the biological stages of oxidation and reduction should be coordinated with the properties of the selected variety of the regenerated redox mediator. Biological processes can smoothly go from oxidation to reduction as follows: high-purity oxygen systems, air-aerated systems, including nitrification, denitrification systems, ferric ion recovery systems, sulfate recovery systems, carbonate (methanation) recovery systems. The corresponding primary oxidizing agents (or electron acceptors) are oxygen, atmospheric oxygen, nitrites and nitrates, ferric ions, sulfates and carbonates. Halogenated and some other "oxidized" organic substances can also be primary oxidizing agents. Hydrocarbons (components of waste water or purchased reagents) and biomass (organic matter content of biomass) are the ultimate reducing agents (or electron donors) in this system. Varieties of the regenerated redox mediator are secondary oxidizing species (electron acceptors) in their oxidation reactions of terminal reducing agents, and they are secondary reducing agents (electron donors) in their reduction reactions with primary oxidizing agents. High purity oxygen and carbon dioxide reduction systems are almost always oxidation and reduction steps in the context of this process. However, all other stages in the redox scale can be either oxidation stages or reduction stages depending on the position of the boundary line (or lines) in the pH-ORP diagram for the selected variant of the regenerated redox mediator or a combination of such varieties. It is understood that a combination of several varieties of a regenerated redox mediator can be used simultaneously. These species can be carried out as described in this method, and also react with each other, as is well known to specialists in this field of technology. For example, nickel and cobalt can combine on zero-valence iron; various redox or other processes known from basic sciences and technical applications can occur. These interactions can produce synergistic beneficial effects in the present method. For example, cementing a more electropositive variety to a less electropositive variety speeds up the speed of the target process and efficiency. Accordingly, the present invention fulfills the objectives: to develop a simple, reliable, efficient and economic system for the removal of organic substances and food substances with low sludge formation.

Необходимо поэтому иметь в виду специалистам в данной области техники, что данные здесь конкретные варианты осуществления изобретения представляются только с целью иллюстрации и не являются, как подразумевается, никоим образом ограничительными; поэтому могут быть сделаны многочисленные изменения и модификации, так же как комбинации описанных здесь вариантов осуществления, и полное использование эквивалентов может быть применено, не выходящее за рамки существа и объема изобретения, как заявлено в нижеследующей формуле изобретения. It should therefore be borne in mind by those skilled in the art that the specific embodiments of the invention provided herein are presented for illustrative purposes only and are not, as implied, in any way restrictive; therefore, numerous changes and modifications can be made, as well as combinations of the embodiments described herein, and the full use of equivalents can be applied without departing from the spirit and scope of the invention as claimed in the following claims.

Claims

1. A method for biological treatment of waste water in a biomass system, comprising the steps of (a) loading at least one type of a regenerated redox mediator into the system; (b) at least one oxidation step of at least one limiting reducing agent with the participation of said at least one kind of regenerated redox mediator; (c) at least one stage of recovery of at least one primary oxidizing agent with the participation of the specified at least one type of regenerated redox mediator; (d) at least one step of storing at least one variety of the regenerated redox mediator in a system in a form insoluble in the treated wastewater, with multiple treatment of at least a portion of the waste water together with said at least at least one type of regenerated redox mediator in steps (b) and (c).

2. The method according to claim 1, wherein said primary oxidizing agent reduction step is selected from the group consisting of oxygen enriched treatment, aerobic treatment, nitrification treatment, oxygen-free treatment, denitrification treatment, optional anaerobic treatment, and combinations thereof.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, wherein said oxidation step of at least one terminal reducing agent is selected from the group consisting of nitrification treatment, oxygen-free treatment, denitrification treatment, optional anaerobic treatment, sulfate reduction, carbonate reduction , sludge conditioning, biomass oxidation treatment and combinations thereof.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which the specified waste water is selected from the group consisting of production gases dissolved in liquids, polluted air, gaseous and ventilation emissions, solid waste, substances of plant, animal and fossil origin and industrial, agricultural and industrial streams of solid particles in the form of water pulp.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, in which the specified variety of the regenerated redox mediator is selected from the group consisting of metal ions, metal-containing species, oxyions not decomposable by microorganisms and insoluble inorganic components with alternating redox states, not decomposable by microorganisms and insoluble organic components with variable redox states, redox-exchange substances and their combination .

6. The method according to claim 5, in which said metal ions and said metal-containing species include metals selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, manganese, vanadium, and combinations thereof.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which the specified processing system is a multi-stage system, and the sequence of these stages in the specified multi-stage system is selected from the group consisting of sequential processing steps, parallel processing steps, parallel-sequential processing steps, stages processing in the location of the raster track, processing stages with recirculation of the specified waste water and the specified biomass among and between the indicated stages and their combinations.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the operating mode of at least one stage in the specified system is selected from the group consisting of a continuous process, a batch process, a continuous process with flow balancing and their combinations.

9. The method of claim 8, wherein said stages of the batch process are selected from the group consisting of a filling step, a filling-evaporation step, a reaction step, a reaction-evaporation step, a curing step, a decanting step, and combinations thereof.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein said biomass in said system is composed of microorganisms selected from the group consisting of obligatory aerobic, optional aerobic, nitrifying, denitrifying, oxidizing ferrous ions, reducing ferric ions, oxygen-free optional facultative anaerobic, reducing sulfates, methanogenic, mandatory anaerobic and mixtures thereof.

11. The method according to claims 1 to 10, in which at least one of these stages of oxidation and at least one of these stages of recovery is carried out in various functional zones in a single tank.

12. The method according to claims 1 to 10, in which at least one of these stages of oxidation and at least one of these stages of recovery is carried out in the same space in a single tank.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, in which, as the primary oxidizing agent, nitrogen oxides are used to remove them from the treated wastewater.

14. The method of claim 13, wherein said step (b) is selected from the group consisting of anaerobic treatment, sulphate reduction, carbonate reduction, sludge conditioning, biomass oxidation treatment, and combinations thereof.

15. The method according to claim 1, in which biomass is used as a limiting reducing agent, wherein the primary oxidizing agent recovery step is an oxidation step of said regenerated redox mediator and said biomass oxidation step is a reduction step of said regenerated redox mediator .

16. The method according to clause 15, in which the stage of recovery of at least one primary oxidizing agent is selected from the group consisting of oxygen enriched treatment, aerobic treatment, nitrification treatment, oxygen-free treatment, denitrification treatment, optional anaerobic treatment, and combinations thereof.

17. The method according to claim 1, in which hydrocarbons are used as a limiting reducing agent, wherein said primary oxidizing agent reduction step is an oxidation step of said regenerated redox mediator, and said hydrocarbon oxidation step is a reduction step of said regenerated redox reducer mediator.

18. The method according to claim 1, in which toxic and persistent organic substances are used as the primary oxidizing agent, the method comprising the step of storing said at least one kind of regenerated redox mediator in said system in a form insoluble in said wastewater, and said biomass and said at least one kind of regenerated redox mediator are repeatedly treated in the indicated steps (b) and (c).

19. The method of claim 18, wherein said step (b) is selected from the group consisting of optional anaerobic treatment, sulphate reduction, carbonate reduction, sludge conditioning, biomass oxidation treatment, and combinations thereof.

20. The method according to claim 1, in which oxygen is used as the primary oxidizing agent, the method comprising the step of storing said at least one kind of regenerated redox mediator in said system in a form insoluble in said wastewater, and said biomass and said at least one kind of regenerated redox mediator are repeatedly processed in said steps (b) and (c).

21. The method according to claim 1, wherein said loading step comprises contacting said waste water with a layer containing a zero valency form of said regenerated species, flushing with a back stream of said layer and directing said back stream to said system.