Способ и устройство для биологической очистки сточных вод

Способ и устройство для биологической очистки сточных вод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу проведения биологической очистки городских или подобных сточных вод с помощью активированного ила, согласно преамбуле пункта 1 патентной формулы, и к устройству для проведения этого способа.

Способ биологической очистки сточных вод с помощью активированного ила, в котором сточные воды сначала вводят в бак с активированным илом, который может быть аэрируемым, и затем в седиментационный бак, в котором активированный ил и обработанная вода разделяются, и после процесса разделения активированный ил подают обратно в бак с активированным илом, и обработанную воду выводят, известен из Европейского патента ЕР 0 851 844. Ряд технологических циклов проводится в седиментационном баке на протяжении дня и включает фазу U перемешивания, фазу V предварительного осаждения и фазу А выведения, причем в фазе перемешивания активированный ил опять смешивают с водой, в фазе предварительного осаждения активированный ил осаждают и в фазе выведения выводят обработанную воду. В соответствии со способом согласно этому документу процесс очистки происходит в биологической двухбаковой системе, которая по существу состоит из бака с активированным илом и седиментационного бака, с непрерывным притоком и периодическим выпуском. Во время периода, когда нет выпуска, уровень воды повышается в результате притока (принцип наполнения). Патентная заявка на этот способ относится к тому факту, что осажденный активированный ил возвращают в бак с активированным илом «двухбаковой системы с операцией наполнения», после фазы предварительного осаждения и перед фазой перемешивания. В фазе перемешивания содержимое В-бака (бак с активированным илом) перемешивают с содержимым SU-бака (седиментационного бака), пока не будет получена почти постоянная концентрация сухого вещества. Оба бака находятся рядом друг с другом и непрерывно гидравлически взаимосвязаны в области основания.

Подобный способ известен из международного патента PCT/АТ00/00322, в котором осажденный уплотненный активированный ил возвращают из SU-баков в В-бак после V-фаз, но перед U-фазами. В-Бак непрерывно гидравлически соединен с двумя SU-баками одним или более отверстиями в центральной области бака (фиг. 1), и продолжительности цикла выбирают на уровне приблизительно 140 минут (S-фаза приблизительно 5 минут; U-фаза приблизительно 5 минут; V-фаза приблизительно 60 минут; А-фаза приблизительно 70 минут, А=(S+U+V)). В S-фазе уплотненный ил транспортируют из основания SU-бака в верхнюю область (ближе к поверхности) В-бака и таким образом перемещенное содержимое В-бака возвращают через отверстия в центральной области бака. В U-фазе содержимое SU-бака взмучивают с завихрением и гомогенизируют, без образования циркулирующего течения через В-бак. В А-фазе происходит течение из В-бака в SU-бак, таким же образом через отверстия в центральной области. Взмучивания с завихрением в SU-баке (U-фаза) достигают продуванием воздуха.

Цель настоящего изобретения состоит в усовершенствовании или дополнении описанного во введении способа биологической очистки сточных вод таким образом, что также сделано возможным использование средне- и крупногабаритных установок для обработки сточных вод благодаря применению модульного принципа, без создания шунтирующих потоков уплотненного активированного ила (S-фаза) в В-баке и необработанных сточных вод, непрерывно вводимых в В-бак. Эта цель достигается с помощью способа, имеющего признаки согласно п.1 патентной формулы, и устройства для исполнения этого способа. Преимущественные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах патентной формулы.

Модульную систему применяют в крупногабаритных установках для обработки сточных вод, чтобы экономить производственные площади, стоимость и энергию. Относительно большое число модулей, состоящих из В-бака и двух SU-баков, размещенных на противоположных сторонах В-бака (фиг. 2 и 3), объединяют с образованием проточной системы обработки сточных вод. Объединением вплоть до 10 модулей (и, возможно, большего числа) создают очень длинный и узкий В-бак, в котором существует опасность того, что в S-фазе могут развиваться шунтирующие потоки уплотненного активированного ила, а также шунтирующие потоки сточных вод, непрерывно подводимых для очистки. Известная возможность разрешения этой проблемы состоит в формировании В-бака как бака с активированным илом с циркулирующим течением. Это техническое решение является проблематичным в плане S- и А-фаз, поскольку индивидуальные модули больше не могут действовать независимо друг от друга, тем самым приводя к возникновению различных условий в отношении значений содержания сухого вещества, эффективности очистки и гидравлической нагрузки. В дополнение, стенки, необходимые для направления течения, и непрерывно действующие перемешивающие устройства являются очень убыточными в отношении энергетического баланса и стоимости.

Поэтому один аспект изобретения состоит в разрешении проблемы возвращения уплотненного активированного ила из SU-бака в В-бак (S-фаза) таким образом, чтобы избежать шунтирующего потока. После поступления в В-бак уплотненный ил не может прибывать обратно в SU-бак по короткому пути, поскольку в противном случае нарушалось бы возвращение ила, резко падало бы содержание сухого вещества в В-баке, и очистка больше не была бы эффективной. В соответствии с этим аспектом изобретения разрешение этой проблемы состоит в размещении двух зон 1 и 2 аэрации (главным образом мелкопузырчатой аэрации) в В-баке на краях, граничащих с SU-баками, причем указанные зоны аэрации могут работать совместно или по отдельности, в зависимости от технологических требований процесса. Не подвергаемая аэрации область (приблизительно одна треть ширины бака) остается в центре бака. В соответствии с изобретением во время S-фазы действует только зона аэрации, которая граничит с SU-баком, в котором происходит S-фаза. Тем самым в В-баке развивается вертикальный гидравлический поток, который направляет уплотненный ил Q_s, поступающий из SU-баков, в противоположную половину В-бака и тем самым предотвращает шунтирующий поток (см. фиг. 4). Значение Q_s приблизительно в десять раз превышает величину Q.

Возможно также формирование более чем двух зон аэрации, например четырех, шести, восьми, двенадцати или шестнадцати зон аэрации, каждая из которых, предпочтительно сведенных попарно, снабжает один или более модулей.

Еще один дополнительный аспект изобретения относится к проблеме введения очищаемых сточных вод Q в В-бак таким образом, чтобы не происходил дрейф сточных вод, которые являются еще недостаточно очищенными, в SU-баки, чтобы В-бак и все модули имели одинаковую гидравлическую нагрузку и чтобы в двух блоках SU-баков модуля были созданы постоянные условия. Также следует следить за обеспечением того, чтобы не нарушались условия течения в S-фазе (сильный вертикальный гидравлический поток) и чтобы не происходило постоянное осаждение активированного ила в неаэрируемой области В-бака. В соответствии с этим аспектом изобретения, чтобы разрешить эту проблему, очищаемые сточные воды подают через один или более горизонтальных трубопроводов, которые проходят в продольном направлении В-бака, размещены в центре бака приблизительно на половине высоты слоя воды и имеют отверстия. Отверстия предпочтительно будут расположены таким образом, чтобы сточные воды могли выходить горизонтально в обоих направлениях, и обеспечивалась возможность равномерного покрытия В-бака и модулей (фиг. 3). Когда U- и V-фазы находятся в действии, обе зоны аэрации должны работать идентично (либо с различной подачей воздуха, либо с периодической аэрацией). Тем самым достигается оптимальное перемешивание содержимого В-бака в этих фазах с хорошей биохимической очисткой.

При таком техническом решении прокладка трубопроводов непосредственно на основании В-бака является вредным для формирования гидравлических параметров в S-фазе и ведет к нежелательным отложениям ила. Под трубопроводами должно быть обеспечено свободное сквозное течение.

В принципе также можно проложить трубопроводы для подводимых сточных вод непосредственно на основании В-бака и устраивать зоны аэрации как можно дальше от этих трубопроводов. Это техническое решение требует большего числа вентиляторов и соответственно этому является дорогостоящим.

В зависимости от расположения SU-баков (рядом друг с другом или на противоположных сторонах), в В-баке обеспечивают подачу сточных вод, приспособленную к тому, чтобы предотвращать шунтирующие потоки.

Настоящее изобретение также может быть использовано, когда оба SU-бака расположены на одной стороне В-бака. Одна зона аэрации граничит с SU-баком, другая находится на противоположной стороне В-бака. В S-фазе действует только зона аэрации, граничащая с SU-баками.

В особенности экономически выгодным и энергосберегающим вариантом оказывается, если уплотненный ил (S-фаза) возвращают с использованием газлифтных насосов и если сжатый воздух подобным образом используют для рециркуляции содержимого SU-баков (U-фаза). Для этого также достаточен сжатый воздух, подводимый для аэрации В-баков.

Для выведения обработанных сточных вод могут быть использованы различные устройства. Два устройства иллюстрированы в фиг. 5 и 6. Следует также отметить, что в SU-баках в этом способе обнаружена большая часть концентрации нитратов (эндогенная денитрификация). Избыток ила выводят из основания каждого из SU-баков перед началом S-фаз. Активированный ил затем уплотняют до наибольшей возможной степени.

Превосходная очистка с очень низкими затратами необходимой энергии и малыми расходами достигается в результате сбалансированного уровня воды в В-баке и в SU-баках, в результате отсутствия непрерывно работающих электрических насосов и перемешивающих устройств, в результате применения сжатого воздуха для действия S- и U-фаз (одновременное поступление кислорода) и в результате экстенсивной (эндогенной) денитрификации.

Дополнительные подробности настоящего изобретения будут выясняться из нижеследующих чертежей, которые иллюстрируют примерный, неограничивающий вариант осуществления изобретения. В чертежах:

Фиг. 1 показывает технологический цикл для двух SU-баков в примерном варианте исполнения;

Фиг. 2 показывает схематическую иллюстрацию проточной системы обработки сточных вод в примерном варианте исполнения, состоящей из восьми модулей;

Фиг. 3а и 3b показывают соответственно эскиз и вид в вертикальном разрезе модуля из фиг. 2 (S-фаза);

Фиг. 4а и 4b показывают соответственно условия течения в В-баке, в котором в действии находится одна зона аэрации в фиг. 4а (S-фаза) и обе зоны аэрации находятся в действии в фиг. 4b (U- и V-фазы);

Фиг. 5 показывает устройство для выпуска обработанной воды с шаровыми элементами; и

Фиг. 6 показывает устройство для выпуска обработанной воды с цепью клапанов с плоской створкой.

Фиг. 1 показывает технологический цикл в двух SU-баках SU₁ и SU₂, в котором время отложено в горизонтальном направлении слева направо. Протекание и назначение индивидуальных фаз уже были более подробно обсуждены выше.

Фиг. 2 иллюстрирует схематический вид эскиза проточной системы для обработки сточных вод, состоящей из восьми модулей. Один из модулей выделен штриховкой.

Фиг. 3а и 3b схематически показывают эскиз и вид в вертикальном разрезе модуля (вдоль линии, которая в фиг. 2 проходит горизонтально через модуль). Кодовые номера 1 и 2 обозначают две зоны аэрации, «3» обозначает трубопровод для подачи очищаемых сточных вод Q, «4» обозначает отверстия для равномерного покрытия В-бака сточными водами Q, «5» обозначает газлифтный насос для действия S-фазы, «6» обозначает трубопроводы у основания для выведения уплотненного ила Q_s, «7» обозначает выведение обработанной воды (шаровые элементы), и «8» обозначает трубопровод для рециркуляции содержимого SU-баков.

Фиг. 4а и 4b схематически показывают виды в вертикальном разрезе через В-бак с зонами аэрации согласно изобретению. В фиг. 4а иллюстрированы условия течения при действии одной зоны аэрации (S-фаза); и в фиг. 4b при действии обеих зон аэрации (U- и V-фазы). Кодовые номера 9 обозначают откидные клапаны газлифтных насосов.

Фиг. 5 иллюстрирует схематический вид устройства для выведения обработанной воды с шаровыми клапанными элементами. Обработанная вода вытекает последовательно через шаровые клапанные элементы 10, которые открываются только в А-фазах, затем через магистральный коллектор 11 и электрическое запорное устройство 12. Наконец, перегородка 13 фиксирует минимальный уровень воды в баке.

Фиг. 6 также иллюстрирует систему для выведения обработанной воды, причем указанная система состоит из многочисленных выпускных отверстий размером приблизительно 150 мм, размещенных приблизительно на 30 см ниже минимального уровня воды и на расстоянии приблизительно 1,50 м, причем указанные выпускные отверстия открываются и закрываются с помощью смещаемых в вертикальном направлении запорных пластин 14. Эти запорные пластины перемещаются стержнями 15, которые снабжены пружинами и совместно прижаты к выпускным отверстиям. В конечном итоге отверстия открываются и закрываются при повороте горизонтального вала 16, который приводится в движение двигателем 17, приспособленным к технологическим требованиям.

1. Способ проведения биологической очистки сточных вод с помощью активированного ила, в котором сточные воды сначала вводят в бак с активированным илом, который может быть аэрируемым (далее называемый В-баком), и затем, попеременно, в один из ряда седиментационных и рециркуляционных баков (далее называемых SU-баками), постоянно гидравлически соединенных с В-баком, и в котором на протяжении дня проводят ряд технологических циклов, включающих фазу возвращения ила, фазу рециркуляции, фазу предварительного осаждения и фазу выведения (далее называемые как S-фаза, U-фаза, V-фаза и А-фаза соответственно), в котором непрерывно, в S-фазе, уплотненный ил возвращают последовательно из SU-баков в В-бак, в U-фазе активированный ил опять перемешивают с водой, в V-фазе активированный ил осаждают и в А-фазе выводят обработанную воду, причем в SU-баках циклы смещены по фазе относительно друг друга, поток проходит через SU-баки только в А-фазах, отличающийся тем, что в В-баке используют по меньшей мере две зоны аэрации, причем в S-фазах действует по отдельности только зона аэрации, граничащая с SU-баком, в котором только что прошла S-фаза, по меньшей мере по большей части, и в U- и V-фазах две зоны аэрации используются совместно или периодически.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что В-бак непрерывно гидравлически соединен с SU-баками через одно или более отверстий в центральной области бака, в котором, в S-фазе, уплотненный ил выкачивают из основания SU-баков, транспортируют в верхнюю область В-бака и таким образом перемещенное содержимое В-бака возвращают через отверстия в центральной области бака, в котором, в U-фазе, содержимое SU-бака взмучивают с завихрением и гомогенизируют, без образования циркулирующего течения через В-бак, и в котором, в А-фазе, происходит течение из В-бака в SU-баки, таким же образом через отверстия в центральной области.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют зоны аэрации с мелкопузырчатой аэрацией.

4. Способ по любому одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что используют геометрию SU-баков с SU-баками, размещенными на двух противоположных сторонах В-бака, в котором зоны аэрации располагаются таким образом, что непосредственно граничат с SU-баками, имеют одинаковые размеры, и между зонами аэрации формируют неаэрируемую область.

5. Способ по любому одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что используют геометрию SU-баков с SU-баками, размещенными на двух противоположных сторонах В-бака, в котором обе зоны аэрации равны по величине и предпочтительно полностью покрывают площадь основания В-бака, за исключением области, занятой питающим трубопроводом (3).

6. Способ по любому одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что используют геометрию SU-баков с SU-баками, размещенными на двух противоположных сторонах В-бака, в котором очищаемые сточные воды протекают в В-бак через один или более горизонтальных трубопроводов, которые проходят в продольном направлении В-бака, в основном приблизительно на половине высоты слоя воды и приблизительно по центру бака, и предпочтительно через многочисленные отверстия для равномерного покрытия В-бака.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что очищаемые сточные воды протекают в В-бак через один или более горизонтальных трубопроводов, которые проходят в продольном направлении В-бака у его основания, и предпочтительно через многочисленные отверстия для равномерного покрытия В-бака.

8. Способ по любому одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что два SU-бака (SU₁ и SU₂) размещают рядом друг с другом на одной стороне В-бака, в котором одна зона аэрации граничит с SU-баками, и другая оказывается на противоположной стороне, и зона аэрации, граничащая с SU-баками, действует, когда в SU-баке происходит S-фаза.

9. Способ по любому одному из пп.1, 2 или 7, отличающийся тем, что ил возвращают из SU-баков в В-бак (S-фаза) с помощью газлифтных насосов, которые в течение короткого времени снабжаются сжатым воздухом, предпочтительно сжатым воздухом, предназначенным для аэрации В-бака.

10. Способ по любому одному из пп.1, 2 или 7, отличающийся тем, что содержимое SU-баков вовлекают в рециркуляцию (U-фаза) с помощью сжатого воздуха, который предназначен для аэрации В-бака, в котором используют перфорированные трубопроводы, предпочтительно размещенные горизонтально, формируя вертикальные гидравлические потоки в SU-баках.

11. Способ по любому одному из пп.1, 2 или 7, отличающийся тем, что обработанная вода выводится из положения приблизительно на 20 см ниже минимального уровня воды и вытекает последовательно через шаровые клапанные элементы, через магистральный коллектор, через запорные элементы с электрическим приводом и через перегородки.

12. Способ по любому одному из пп.1, 2 или 7, отличающийся тем, что создают ряд выпускных отверстий для выведения обработанной воды, причем указанные выпускные отверстия могут открываться и закрываться с помощью системы, состоящей из смещаемых запорных элементов (например, пластин), стержней, которые соединяют указанные запорные элементы, и привода, приспособленного для технологических требований.

13. Устройство для очистки сточных вод для проведения способа согласно одному из предшествующих пунктов.