Способ глубокой биологической очистки сточных вод и устройство для его осуществления

Способ глубокой биологической очистки сточных вод и устройство для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к устройствам для глубокой биологической очистки бытовых сточных вод активным илом во взвешенном состоянии, используемых как в отдельно стоящих коттеджах, приусадебных домах, так в гостиничных комплексах, школах, спортивных клубах, поселках, предприятиях общественного питания и т.д.

При биологической очистке сточных вод используется активный ил, представляющий собой смесь различных бактерий и мелких микроорганизмов, но при этом активационный процесс возможен только при непрерывном наличии кислорода воздуха с различной степенью насыщения, что обеспечивает непрерывное взаимодействие сточных вод с илом во взвешенном состоянии и процесс окисления.

Известны патенты России по кл. С 02 3/02, №819069,1987 «Устройство для очистки сточных вод» и №2057085, 1994 г, «Компактная установка для очистки сточных вод», в которых имеются камеры аэрации, двухярусные отстойники, илосборники, пневматические аэраторы, патрубки подачи сточных вод, перетекания очищаемой воды из одной камеры в другую и отвода очищенной воды. Однако данные устройства не имеют камер накопления сточных вод, что затрудняет их эффективное использование при периодическом неравномерном поступлении сточных вод.

Известно техническое решение по патенту России №2060967, кл. С 02 F 3/02, 1995 г. «Способ глубокой биохимической очистки сточных вод и установка для его осуществления», в котором согласно способу производят подачу исходных сточных вод, первичное отстаивание сточных вод, аэрацию, вторичное отстаивание иловой смеси, озонирование, рециркуляцию ила и выпуск очищенной воды. Установка по этому источнику информации состоит из первичного отстойника, аэротенка с аэратором, вторичного отстойника, трубопроводов подачи сточной воды, удаления осадка, рециркуляции активного ила, выпуска очищенной воды, а также озонирования в первичном отстойнике, дополнительным отстойником, сообщенным с первичным отстойником, емкостью очищенной воды, и трубопроводами для осадка и активного ила, соединяющего нижние части всех отстойников. Однако данное техническое решение, как в части способа, так и в части устройства очень сложно и загромождено излишними трубопроводами, а озонаторы установлены в неэффективных местах емкостей.

Известен модельный ряд установок под общим названием «ЮБАС», защищенные патентами РФ №№2201405, 2220112, 2228915 «Способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления». Это полностью автоматизированные системы различного уровня сложности. Все эти технические решения содержат накопительный уравнивающий резервуар, где производится предварительная аэробно-аноксидная биологическая очистка аэробным активным илом и происходит процесс ферментативного разложения органических загрязнений. Далее предварительно очищенная вода с илом поступает в аэротенк-активационный резервуар, где происходит окончательное разрушение органического загрязнения, после чего вода поступает в отстойник. Отстоявшийся ил накапливается внизу отстойника, а вода, пройдя ряд очисток через пористые фильтры, выводится из установок.

Наиболее близким техническим решением из вышеперечисленных является «Способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления» по патенту РФ №2228915, кл. С 02 F 3/02, 2003 г., которое включает уравнивающий резервуар, активационный резервуар, отстойник, камеру с пористым фильтром, состоящую из трех отсеков, камеру стабилизации ила, систему трубопроводов и насосов, обеспечивающих перетекание воды или принудительную ее перекачку, и блок управления. Данное устройство и способ по очистке сточных вод предусматривает более тщательную фильтрацию воды после отстойника, но в активационный резервуар поступает вода из уравнивающего резервуара с не вполне разложившимися органическими загрязнениями, что осложняет работу активационного резервуара и отстойника.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа и компактной установки, обеспечивающих достижение технического результата, заключающегося в получении высококачественных очищенных сточных вод, пригодных к повторному использованию, снижение энергозатрат при интенсификации очистки, заключающегося в организации рациональной схемы процесса ферментативного разложения органических загрязнений с накоплением свободного углерода, а также процесса нитрификации, денитрификации и дефосфотации на всех стадиях очистки сточных вод, тем самым облегчается работа очистки в каждом последующем резервуаре, а значит, повышается результативная степень очистки сточных вод, а также заключающегося в повышении эксплуатационной надежности работы установки и снижении трудоемкости, как при ее изготовлении, так и при ее эксплуатации.

Поставленный результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод, включающем две фазы работы устройства и состоящем из подачи сточных вод в уравнивающий резервуар с активным илом, последующим перетеканием ее через щелевой фильтр в первый уравнивающий аэротенк, затем перетеканием через аэрируемый биофильтр во второй уравнивающий аэротенк, с последующим перетеканием в придонную зону аэротенка-отстойника, причем в первой фазе производят аэрацию первого и второго уравнивающих аэротенков и откачку главным насосом предварительно отстоянной очищенной воды, поступившей в трубчатый колодец аэротенка-отстойника из верхних слоев аэротенка-отстойника, из трубчатого колодца, в нижнюю зону вторичного отстойника, аэрацию трубчатого колодца крупными пузырями воздуха, автоматическое прекращение работы главного насоса при опускании уровня ниже среза трубчатого колодца, перетекание вытесненной очищенной воды из верхних слоев вторичного отстойника в камеру с пористым фильтром, а после нее в насосную камеру, периодическую откачку из насосной камеры дренажным насосом с поплавковым датчиком уровня и отвод полностью очищенной воды за пределы установки, перекачку ила иловым насосом из придонной зоны аэротенка-отстойника в камеру стабилизации ила и перетекание вытесненной воды с илом из камеры стабилизации ила в уравнивающий резервуар, при этом создают постоянное циркуляционное движение очищаемой воды и ила по всем емкостям посредством циркуляционных каналов, при этом в первой фазе производят аэрацию путем подачи воздуха в элементы аэрации первого и второго уравнивающих аэротенков и биофильтра, крупнопузырчатой аэрации внутри трубчатого колодца главного насоса для разгона биопленки и очистки зеркала воды над ним, и обеспечивают подачу воздуха для работы илового и главного насосов, а после сигнала таймера переключают установку во вторую фазу ее работы, при этом прекращают работу главного насоса, аэрации в первом и втором уравнивающих аэротенках, а осуществляют подачу воздуха в аэраторы уравнивающего резервуара и аэротенка-отстойника, включают крупнопузырчатый аэратор очистки зеркала воды вторичного отстойника, включают насос комбинированного рециркулятора для откачки в уравнивающий резервуар вместе с водой последовательно всплывшей биопленки с зеркала вторичного отстойника, а затем отстоянного активного ила с придонной зоны вторичного отстойника, путем подачи воздуха в колено комбинированного рециркулятора, производят автоматическое прекращение работы комбинированного насоса при снижении уровня во вторичном отстойнике ниже зеркала верхнего отсасывающего патрубка комбинированного насоса, включают циркуляционный насос малого циркуляционного канала для перекачки активного ила из аэротенка-отстойника в уравнивающий резервуар для поддержания циркуляции очищаемой воды, включают крупнопузырчатые аэраторы-перемешиватели в камере стабилизации ила, включают аэратор регенерации пористого фильтра в камере с пористым фильтром и насос откачки образующегося в ней фильтрата в камеру стабилизации ила, производят периодическое пульсирующее включение аэраторов первого и второго уравнивающих аэротенков для поддержания ила во взвешенном состоянии, после чего переключают устройство обратно в первую фазу работы по сигналу таймера.

Поставленный результат достигается тем, что в устройстве для очистки сточных вод, включающем корпус с герметичной крышкой, в котором размещены уравнивающий резервуар с активным илом, патрубком подвода сточных вод, аэратором, сообщающийся посредством щелевого фильтра с первым уравнивающим аэротенком, снабженным аэратором, который в свою очередь сообщается посредством биологического фильтра со вторым уравнивающим аэротенком, снабженным также аэратором, и сообщающийся посредством крупнощелевого фильтра с аэротенком-отстойником, в котором размещены аэратор, иловый насос, циркуляционный насос малого циркуляционного канала, трубчатый колодец с продувкой и главным насосом, перекачивающий предварительно очищенную воду в автономный герметизированный вторичный отстойник, снабженный фильтром с выходным патрубком для перетекания вытесненной воды в камеру с пористым фильтром, при этом вторичный отстойник снабжен комбинированным рециркулятором, выполненным в виде трубопровода, один конец которого выполнен в виде колена U-образной формы, снабженного патрубком подачи сжатого воздуха, и расположен в уравнивающем резервуаре, а другой соединен с вертикальным патрубком с открытыми торцами и расположенным во вторичном отстойнике, причем нижний торец вертикального патрубка расположен в придонной зоне вторичного отстойника, а верхний торец в его верхней зоне, а внутри вторичного отстойника выполнен дополнительный канал, выход которого расположен в нижней зоне вторичного отстойника, служит для приема воды, перекачиваемой главным насосом из аэротенка-отстойника, камера стабилизации ила, снабженная крупнопузырчатыми аэраторами-перемешивателями, большим циркуляционным каналом, второй конец которого взаимодействует с уравнивающим резервуаром, трубчатым колодцем фильтрата с насосом фильтрата и патрубком, взаимодействующим с камерой пористого фильтра, пористый фильтр, который расположен между верхним и нижним сетчатым фильтром, причем камера пористого фильтра снабжена аэратором регенерации пористого фильтра, расположенным в ее придонной зоне, и каналом выпуска чистой воды, взаимодействующим с насосной камерой, снабженной дренажным насосом с поплавковым датчиком и выпуском полностью очищенной воды, блок управления, компрессор, связанный с воздуховодом, снабженным клапаном и распределителями подачи воздуха в первую и вторую фазу работы устройства. Устройство характеризуется тем, что патрубок трубчатого колодца фильтрата расположен над верхним сетчатым фильтром камеры пористого фильтра. Устройство характеризуется тем, что щелевой фильтр расположен в средней зоне перегородки, разделяющей уравнивающий резервуар и первый уравнивающий аэротенк. Устройство характеризуется тем, что аэрируемый биофильтр расположен в верхней зоне перегородки между первым и вторым уравнивающими аэротенками.

На чертеже представлено устройство для очистки сточных вод,

Устройство состоит из снабженного патрубком 1 подвода сточных вод корпуса 2 с паронепроницаемой крышкой (на чертеже не показана), в котором размещены все емкости для очистки воды. Уравнивающий резервуар 8 имеет два уровня воды: 3 - уровень перелива и 4 - нижний рабочий уровень. В уравнивающем резервуаре 8 размещен мембранный аэратор 9 и конец комбинированного рециркулятора 5, выполненного в виде трубы, при этом этот конец трубы выполнен в виде колена 13 U-образной формы, и снабженный патрубком 15 подачи воздуха, а второй конец трубы снабжен вертикальным патрубком с открытыми торцами 24, 45 и расположен во вторичном отстойнике 25, причем нижний открытый торец 24 расположен в придонной части вторичного отстойника 25, а верхний открытый торец 45 в верхней зоне вторичного отстойника 25, данный вертикальный патрубок при подаче воздуха в патрубок 15 является комбинированным насосом. Из уравнивающего резервуара 8 вода перетекает через щелевой фильтр 10 в первый уравнивающий аэротенк 11, где вода подвергается аэрации посредством мембранного аэратора 9, затем перетекает сквозь аэрируемый биофильтр 14 во второй уравнивающий аэротенк 12, где также аэрируется мембранным аэратором 9, затем вода перетекает через крупнощелевой фильтр 16 в аэротенк-отстойник 22. В аэротенке-отстойнике 22 размещены в придонной зоне мембранный аэратор 9, циркуляционный насос 17, взаимодействующий с малым циркуляционным каналом 7 для перекачки воды в уравнивающий резервуар 8, и иловый насос 18 для перекачки ила в камеру 30 стабилизации ила, а также трубчатый колодец 19 с главным насосом 20 и продувкой 21, как циркуляционный насос 17, так и иловый насос 18 аэрируются воздухом, только в разные фазы работы устройства. Главный насос 20 перекачивает частично очищенную и успокоенную воду из трубчатого колодца 19 в дополнительный канал 23 вторичного отстойника 25, который снабжен поверхностным фильтром 43 биопленки с выходным патрубком 42 вторичного отстойника для перелива вытесненной воды в камеру 40 с пористым фильтром 32. Пористый фильтр 32 сверху и снизу закрыт сетчатыми фильтрами 38 и 31, а камера 40 снабжена мембранным аэратором 9, расположенным в ее придонной зоне. Выше верхнего сетчатого фильтра 38 расположен патрубок 39 трубчатого колодца 33 фильтрата, а внутри колодца 33 расположен насос фильтрата 28. Ниже нижнего сетчатого фильтра 31 в придонной зоне камеры 40 размещен канал 29 перетекания полностью очищенной воды в насосную камеру 41. Иловый насос 18 перекачивает ил в камеру 30 стабилизации ила, которая снабжена крупнопузырчатыми аэраторами-перемешивателями 26, а в верхней части камеры 30 расположен открытый патрубок большого циркуляционного канала 6, второй конец которого взаимодействует с уравнивающим резервуаром 8. Насосная камера 41 снабжена дренажным насосом 35 с поплавковым датчиком 34 и выпуском 53 полностью очищенной воды, используемой для хозяйственных нужд. В корпусе 2 установлен блок управления 52, компрессор 51, соединенный воздуховодом 50 с переключающим клапаном 49 и распределителями воздуха 47, 48, обеспечивающие работу устройства в первой или второй фазах.

Предложенный согласно изобретению способ осуществляют следующим образом посредством предложенного устройство для очистки сточных вод, которое работает следующим образом.

При выборе типоразмера устройства всегда заранее знают, на какой объем сточных вод оно должно быть рассчитано. В связи с этим суточное время разбивают на интервалы и задают продолжительность фаз работы устройства, фиксируемые таймером с последовательно чередующимися первой и второй фазами. Загрязненные сточные воды через загрузочный патрубок 1 подвода сточных вод корпуса 2 поступают в уравнивающий резервуар 8, в котором начинается процесс обработки сточных вод активным илом, всегда присутствующим в нем, путем подачи воздуха мембранным аэратором 9 во вторую фазу работы устройства. Сточные воды последовательно перетекают, как в сообщающихся сосудах, в последовательно взаимодействующие с уравнивающим резервуаром 8 посредством щелевого фильтра 10 в первый 11 уравнивающий аэротенк, затем перетекают сквозь аэрируемый биофильтр 14 во второй 12 уравнивающий аэротенк, и далее сквозь крупнощелевой фильтр 16 в аэротенк-отстойник 22, при этом мембранные аэраторы 9 уравнивающих аэротенков 11,12 включаются в работу в первую фазу, а мембранный аэратор 9 аэротенка-отстойника 22 включают в работу во второй фазе. Уравнивающий резервуар 8, первый 11 и второй 12 уравнивающие аэротенки, а также аэротенк-отстойник 22 являются активационными емкостям и имеют накопительный аккумулирующий объем, являются сообщающимися сосудами. Аэротенк-отстойник 22 снабжен взаимодействующим с малым циркуляционным каналом 7 циркуляционным насосом 17, который включают во вторую фазу работы устройства и который перекачивает воду с илом из аэротенка-отстойника 22 в уравнивающий резервуар 8 при малых дозах поступления сточных вод, и иловым насосом 18, который включают в первую фазу работы устройства и который перекачивает ил из аэротенка-отстойника в камеру 30 стабилизации ила. Обрабатываемая вода при этом перераспределяется по резервуару 8 аэротенкам 11, 12 и 22 за счет сообщающихся сосудов и принципа вытеснения. Камера 30 стабилизации ила снабжена крупнопузырчатыми аэраторами-перемешивателями 26, которые включают в работу во второй фазе работы устройства. За счет поступления ила из аэротенка-отстойника 22 верхние слои воды поднимаются, т.е. вода вытесняется и излишняя ее часть переливается в большой циркуляционный канал 6, связанный с уравнивающим резервуаром 8, по этому каналу 6 скопившаяся выше уровня вода со взвешенным илом, т.е. легким илом перетекает в уравнивающий резервуар 8. В аэротенке-отстойнике 22 вода, отстоявшаяся в первой фазе, при достижении выше уровня 4 перетекает в трубчатый колодец 19, из которого главным насосом 20 вода перекачивается во вторичный отстойник 25, при этом трубчатый колодец 19 в первую фазу работы устройства постоянно продувают крупнопузырчатым аэратором. Во вторую фазу включают работу по подаче воздуха в патрубок 15 колена 13 U-образной формы комбинированного рециркулятора 5, который обеспечивает перекачку сначала воды с биопленкой из вторичного отстойника в уравнивающий резервуар 8 с уровня 46 воды до уровня ниже зеркала патрубка 45, производят откачку ила всасывающим патрубком 24 со дна вторичного отстойника 25, при этом уровень воды понижается до уровня 44. Сточные воды выше уровня 46 без активного ила из вторичного отстойника переливаются посредством выходного патрубка 42 с фильтром 43, задерживающим биопленку, в камеру 40 с пористым фильтром 32, который заключен сверху и снизу в сетчатые фильтры 38, 31. Камера 40 снабжена мембранным аэратором 9, расположенным в придонной зоне, каналом полностью очищенной воды 29, также расположенным ниже нижнего 31 сетчатого фильтра, а выше верхнего сетчатого фильтра 38 расположен входной патрубок 39 трубчатого колодца 33 фильтрата, который скапливается выше верхнего сетчатого фильтра 38 при работе мембранного аэратора 9 во второй фазе работы устройства. Трубчатый колодец 33 снабжен насосом 28 фильтрата, который включают во вторую фазу работы устройства. Полностью очищенная вода из камеры 40 поступает в насосную камеру 41, откуда она дренажным насосом 35 с поплавковым датчиком 34 выводится в выпуск 53, откуда вода используется для хозяйственных нужд, при этом вода располагается между уровнями 36, 37.

Экспериментальные работы по осуществлению способа, проведенные с различным в процентном отношении уровнем загрязнения сточных вод, показали достижение поставленной технической задачи и обеспечили получение чистой воды без взвешенных веществ, годной для использования в хозяйственных нуждах и для последующей очистки и обеззараживания в системах оборотного водоснабжения.

Устройство и способ его работы согласно изобретению являются энергосберегающими, а устройство - надежным в работе и простым в обслуживании. Устройства, изготовленные в соответствии с изобретением и работающие по предложенному способу, показали эффективную работу в любых ситуациях по загрузке сточными водами.

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА НЕОЧИЩЕННЫХ И ОЧИЩЕННЫХ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД В СТАНЦИЯХ ГЛУБОКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ по заявке №2005117621/12
№	Показатель	До очистки, мг/л	После очистки	Гигиенические требования
мг/л	%
1	Химическое потребление кислорода ХПК	354	18	95	30
2	Биохимическое потребление кислорода БПК5	233	2,0	99	4,0
3	Водородный показатель, рН	7,7	8,0		6,5-8,5
4	Азот аммонийный	80	0,4	99	2,0
5	Нитриты	4,5	0,02	99	3,3
6	Нитраты	50	9	82	45
7	Полифосфаты	3,4	0,23	93	3,5
8	СПАВ анионные	4	0,2	95	0,5

1. Способ очистки сточных вод, включающий две фазы работы устройства и состоящий из подачи сточных вод в уравнивающий резервуар с активным илом, последующего перетекания ее через щелевой фильтр в первый уравнивающий аэротенк, затем перетекание через аэрируемый биофильтр во второй уравнивающий аэротенк с последующим перетеканием в придонную зону аэротенка-отстойника, причем в первой фазе производят аэрацию первого и второго уравнивающих аэротенков и откачку главным насосом предварительно отстоянной очищенной воды из трубчатого колодца аэротенка-отстойника в нижнюю зону вторичного отстойника, аэрацию трубчатого колодца, автоматическое прекращение работы главного насоса при опускании уровня ниже среза трубчатого колодца, перетекание вытесненной очищенной воды из верхних слоев вторичного отстойника в камеру с пористым фильтром, а после нее в насосную камеру, периодическую откачку из насосной камеры дренажным насосом с поплавковым датчиком уровня и отвод полностью очищенной воды за пределы установки, перекачку ила иловым насосом из придонной зоны аэротенка-отстойника в камеру стабилизации ила и перетекание вытесненной воды с илом из камеры стабилизации ила в уравнивающий резервуар, при этом создают постоянное циркуляционное движение очищаемой воды и ила по всем емкостям посредством циркуляционных каналов путем подачи воздуха в элементы аэрации первого и второго уравнивающих аэротенков и биофильтра, аэрацию внутри трубчатого колодца главного насоса для разгона биопленки и очистки зеркала воды над ним, аэрацию илового насоса, а после сигнала таймера переключают установку во вторую фазу ее работы, при этом прекращают работу главного насоса, аэрации в первом и втором уравнивающих аэротенках, а производят подачу воздуха в аэраторы уравнивающего резервуара и аэротенка-отстойника, включают крупнопузырчатый аэратор очистки зеркала воды вторичного отстойника, включают насос комбинированного рециркулятора для откачки в уравнивающий резервуар вместе с водой последовательно биопленки с зеркала вторичного отстойника, затем отстоянного активного ила с придонной зоны вторичного отстойника путем подачи воздуха в колено циркуляционного канала, производят автоматическое прекращение работы комбинированного насоса при снижении уровня во вторичном отстойнике ниже зеркала верхнего отсасывающего патрубка комбинированного насоса, включают циркуляционный насос малого циркуляционного канала для перекачки активного ила из аэротенка-отстойника в уравнивающий резервуар, включают крупнопузырчатые аэраторы-перемешиватели в камере стабилизации ила, включают аэратор регенерации пористого фильтра в камере с пористым фильтром и насос откачки образующегося в ней фильтрата в камеру стабилизации ила, производят периодическое пульсирующее включение аэраторов первого и второго уравнивающих аэротенков для поддержания ила во взвешенном состоянии, после чего переключают обратно в первую фазу работы устройства по сигналу таймера.

2. Устройство для очистки сточных вод, включающее корпус с герметичной крышкой, в котором размещены уравнивающий резервуар с активным илом, патрубком подвода сточных вод, аэратором, сообщающийся посредством щелевого фильтра с первым уравнивающим аэротенком, снабженным аэратором, который, в свою очередь, сообщается посредством биологического фильтра со вторым уравнивающим аэротенком, снабженным также аэратором, и сообщающийся посредством крупнощелевого фильтра с аэротенком-отстойником, в котором размещены аэратор, иловый насос, циркуляционный насос, трубчатый колодец с продувкой и главным насосом, перекачивающий предварительно очищенные воды в автономный вторичный отстойник, снабженный фильтром с выходным патрубком, для перетекания воды в камеру с пористым фильтром, при этом вторичный отстойник снабжен комбинированным рециркулятором, выполненным в виде трубопровода, один конец которого выполнен в виде колена U-образной формы, снабженного патрубком подачи сжатого воздуха и расположенного в уравнивающем резервуаре, а другой соединен с вертикальным патрубком с открытыми торцами, расположенным во вторичном отстойнике, причем нижний торец вертикального патрубка расположен в придонной зоне вторичного отстойника, а верхний торец в его верхней зоне, а внутри вторичного отстойника образован дополнительный канал, служащий для приема воды, перекачиваемой главным насосом из аэротенка-отстойника, камера стабилизации ила, снабженная крупнопузырчатыми аэраторами-перемешивателями, циркуляционным каналом, конец которого расположен в уравнивающем резервуаре, трубчатым колодцем фильтрата с насосом фильтрата и патрубком, взаимодействующим с камерой пористого фильтра, пористый фильтр которой расположен между верхним и нижним сетчатыми фильтрами, причем камера пористого фильтра снабжена мембранным аэратором регенерации пористого фильтра, расположенным в ее придонной зоне, и каналом выпуска чистой воды, взаимодействующим с насосной камерой, снабженной дренажным насосом с поплавковым датчиком и выпуском полностью очищенной воды, блок управления, компрессор, связанный с воздуховодом, снабженным клапаном и распределителями подачи воздуха в первую и вторую фазы работы устройства.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что патрубок трубчатого колодца фильтрата расположен над верхним сетчатым фильтром камеры пористого фильтра.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щелевой фильтр расположен в средней зоне перегородки, разделяющей уравнивающий резервуар и первый уравнивающий аэротенк.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что аэрируемый биофильтр расположен в верхней зоне перегородки между первым и вторым уравнивающими аэротенками.