УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД
APPARATUS FOR PURIFYING HOUSEHOLD WASTE WATER

Изобретение относится к области глубокой очистки бытовых и производственных сточных вод на малогабаритных блокированных установках, в том числе расположенных на нефтегазодобывающих платформах, терминалах и судах. Большинство известных малогабаритных установок производят очистку сточных вод только от органических примесей и не включают процессы изъятия соединений азота и фосфора, удаление которых необходимо осуществлять из сточных вод нефтегазодобывающих платформ, терминалов, и судах.
Из уровня техники известна «Установка для очистки сточных вод от загрязнений» (RU 2410335 C2, опубл. 24.02.2009). Установка биологической очистки сточных вод включает аэротенк нитриденитрификатор, совмещенный с отстойником, имеющий аноксидную зону и зону нитрификации, трубопроводы подачи и отвода сточных вод, циркуляции и отвода избыточной биомассы, циркуляции нитратсодержащих сточных вод, воздуховоды и аэраторы, а также эрлифты для перекачки возвратного активного ила и внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей жидкости. Установка снабжена разрезным газосборным козырьком, расположенным в зоне нитрификации под уровнем иловой смеси с наружной стороны по периметру отстойника под восходящим углом к эрлифтам внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей жидкости, смонтированным в точке пересечения восходящих углов газосборного козырька. Изобретение обеспечивает увеличение эффективности очистки сточных вод и повышение стабильности работы системы при одновременном снижении себестоимости очистки сточных вод и загрязнения окружающей среды.
Достоинством установки является повышение устойчивости биоценоза к изменениям состава исходной жидкости, однако существенным недостатком установки является отсутствие возможности анаэробно-аноксидно-оксидной (аэробной) обработки, вследствие чего невозможно достичь глубокой очистки от фосфора и азота, а также вызывает сомнение возможность использования данной установки в условиях динамических нагрузок (качки и вибрации).
Известна установка для биологической очистки сточных вод (RU 101704 U1, опубл. 18.06.2010). Установка для биологической очистки сточных вод характеризуется тем, что содержит прямоугольный резервуар, разделенный продольными перегородками на четыре гидравлически сообщающихся коридора, каждый длиной 130 м, и образующих следующую последовательность технологических зон: первая половина первого коридора - зона дефосфотации (анаэробная); вторая половина первого коридора и второй коридор - зона денитрификации (аноксидная зона); третий и четвертый коридоры - зона нитрификации (аэробная зона); в конце второго коридора установлены рециркуляционные насосы, которые соединены с трубопроводом, подающим проденитрифицированную иловую смесь из конца второго коридора в начало первого коридора; в конце четвертого коридора установлены рециркуляционные насосы, которые соединены с трубопроводом, подающим иловую смесь, содержащую нитраты, из конца четвертого коридора в середину первого коридора, при этом в середину первого коридора по отдельному трубопроводу подается возвратный активный ил, содержащий нитраты; в первом и втором коридорах установлено перемешивающее оборудование, например, в виде мешалок для поддержания ила во взвешенном состоянии, в третьем и четвертом коридорах установлены пневматические системы аэрации, выполненные, например, в виде аэрационных решеток.
Достоинством установки является возможность глубокой очистки сточных вод от азота и фосфора, однако к недостаткам описанного технического решения можно отнести компоновку установки, при которой она не может быть применена на морских сооружениях и судах, т.к. установка не является малогабаритной и мобильной.
Из уровня техники известна компактная установка биологической очистки и обеззараживания сточных вод с использованием мембранной фильтрации, взятая за прототип (RU 70512 U1, опубл. 09.10.2007).
Компактная установка биологической очистки и обеззараживания сточных вод с использованием мембранной фильтрации включает средства подачи и транспортировки сточных вод, подлежащих очистке, в очистной блок, состоящий из аэротенка, имеющего аэробную и аноксидную зоны, аэратора, установленного в аэробной зоне, и многокассетного мембранного модуля, соединенный с очистным блоком блок обеззараживания сточных вод, средства для прокачивания сточных вод, средство отвода очищенных сточных вод и средство контроля работы установки, отличающаяся тем, что очистной блок выполнен с последовательным соединением аэротенка и многокассетного мембранного модуля с обеспечением рециркуляции сточных вод посредством насоса рециркуляции.
Достоинством установки является использование мембранной фильтрации, что позволяет уменьшить объемы, занимаемые очистными установками, а также способствует повышению концентрации активного ила, что в свою очередь позволяет получать более высокое и стабильное качество очистки сточных вод, по сравнению с традиционно известным методом осаждения активного ила (активных микроорганизмов) во вторичных отстойниках.
Недостатком установки является отсутствие возможности анаэробно-аноксидно-оксидной (аэробной) обработки, вследствие чего невозможно достичь глубокой очистки от фосфора и азота.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести двухэтажную компоновку установки, при которой она не может быть применена на морских сооружениях и судах.
Задачей изобретения является повышение эффективности очистки сточной воды (достижение предельно допустимой концентрации загрязнений по БПК5, ХПК, азоту аммонийному и нитратному, по фосфору фосфатов) при обеспечении малогабаритности, мобильности и универсальности установки, а также возможности ее использования на морских сооружениях и судах.
Технический результат заключается в улучшении удаления азота, фосфора и взвешенных веществ и повышении надежности работы установки в условиях неравномерного качественного и количественного состава исходной (сточной) воды.
Заявленная установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод содержит гидравлически последовательно соединенные отстойник-усреднитель (С1), анаэробный блок (С2.1), аноксидный блок (С2.2), оксидный (аэробный) блок (С3), блок мембранной фильтрации (С4), а также вспомогательное оборудование. Отстойник-усреднитель (С1) содержит устройство приема исходной (сточной) воды, которая далее последовательно поступает в анаэробный блок (С2.1), аноксидный блок (С2.2), оксидный (аэробный) блок (С3) и блок мембранной фильтрации (С4), который содержит вакуумное устройство отвода очищенной воды (пермеат) на сброс и/или для повторного использования, при этом он снабжен аэрирующим устройством для предотвращения загрязнения пор мембран. Анаэробный блок (С2.1) выполнен с возможностью подачи в него возвратного активного ила вместе со сточной водой из оксидного (аэробного) блока (С3), оксидный (аэробный) блок (С3) (С0) выполнен с возможностью подачи в него возвратного ила из мембранного блока (С4.) и снабжен аэрирующим устройством. Вспомогательное оборудование, включает насосное оборудование (Н1-Н3), трубопроводы, запорную арматуру (К1-К15), систему подачи воздуха.
Подача возвратного активного ила между блоками может осуществляться как аэрлифтом, так и с помощью перистальтического насоса. Использование перистальтического насоса для перекачки активного ила в анаэробный блок (С2.1) из оксидного (аэробного) блока (С3) является предпочтительным, т.к. при использовании аэрлифтов возвратный ил неизбежно будет обогащаться кислородом, что неблагоприятно скажется на анаэробном процессе.
Аэрлифты и аэрирующие устройства подключены к системе подачи воздуха. В системе подачи воздуха могут использоваться компрессор подачи воздуха и/или централизованная воздушная магистраль. В целях активации аэробных процессов может использоваться воздух, обогащенный кислородом.
Предпочтительным является такая реализация установки, при которой отстойник-усреднитель оборудован устройством механической очистки, например механической решеткой, или мацератором, или барабанным фильтром, или грязевым фильтром гидроциклонного принципа действия, такое исполнение позволит удалить механические примеси, такие как нити или волосы.
Предпочтительным является такая реализация установки, при которой анаэробный блок оснащен перемешивающим насосом для исключения попадания в анаэробный блок кислорода воздуха и поддержания активного ила во взвешенном состоянии.
Предпочтительным является такая реализация установки, при которой насосное оборудование включает насос-дозатор подачи реагента, вакуумный насос для мембранного блока, насос обратной промывки мембранного блока, насос подачи на очистку сточной воды и осуществление циркуляционного перемешивания, насос отвода избыточного ила и опорожнения емкостей
Предпочтительным является такая реализация установки, при которой установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, дополнительно содержит емкость сбора очищенной воды (пермеата).
Предпочтительным является такая реализация установки, при которой установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод дополнительно содержит реагентную емкость для хранения реагента промывки мембран
Предпочтительным является такая реализация установки, при которой установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод дополнительно содержит блок автоматического управления установкой.
Предпочтительным является такая реализация установки, при которой установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод дополнительно содержит емкость для сбора шлама.
Предпочтительным является такая реализация установки, при которой установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод дополнительно содержит блок обеззараживания очищенной воды (пермеата).
Технический результат достигается за счет увеличения количества блоков биологической очистки по сравнению с аналогами (применение биологической очистки сточных вод по трехзонной схеме анаэробно-аноксидно-оксидной обработке, которая ранее применялась только для аэротенков большого объема) с целью обеспечения более глубокого удаления азота и фосфора с одновременным использованием мембранной фильтрации, что позволяет повысить концентрацию активного ила (в 2,5-8 раз) и соответственно уменьшить массогабаритные характеристики установки, получить более высокое и стабильное качество очистки сточных вод, по сравнению с традиционно известным методом осаждения активного ила (активных микроорганизмов) во вторичных отстойниках.
Схема заявленного изобретения приведена на Фиг. 1.
Предлагаемая установка содержит блоки биологической очистки (С1-С4) и оборудована, по крайней мере, устройством подачи в него исходной сточной воды и устройством отвода очищенной воды - воды на сброс и/или воды для повторного использования (пермеатной воды), а также на Фиг. 1 показано вспомогательное оборудование, включающее насосное оборудование (Н1-Н3), трубопроводы, запорную арматуру (К1-К9), аэраторы (С0), компрессоры подачи воздуха (2.1 и 2.2), емкость сбора очищенной воды (пермеата) (С6), реагентную емкость для хранения реагента промывки мембран (С5), блок автоматического управления установкой, емкость для сбора шлама.
На Фиг. 1 обозначены:
С1 - отстойник-усреднитель с устройством механической очистки (на Фиг. 1 не показано);
С2.1 - анаэробный блок, оснащеный перемешивающим насосом (на Фиг. 1 не показан);
С2.2 - аноксидный блок-денитрификатор;
С3 - оксидный (аэробный) блок-нитрификатор;
С4 - блок мембранной фильтрации с ультрафильтрационными мембранными модулями;
H1 - насос-дозатор подачи реагента;
Н2.1 - вакуумный насос для мембранного блока;
Н2.2 - насос обратной промывки мембранного блока;
Н3.1 - насос подачи на очистку сточной воды и осуществление циркуляционного перемешивания;
Н3.2 - насос отвода избыточного ила и опорожнения емкостей.
Работа заявленной установки очистки хозяйственно-бытовых сточных вод осуществляется следующим образом.
Сточная вода поступает в отстойник-усреднитель (С1), где происходит осветление сточной воды за счет отделения механических примесей, плавающих примесей и жира. Затем осветленная вода через устройство механической очистки, например, механическую решетку, мацератор или барабанный фильтр поступает на биологическую очистку.
Из отстойника-усреднителя (С1) вода насосом (Н3.1) подается в анаэробный блок (С2.1), где происходит удаление фосфора. Сюда же, например перистальтическим насосом (на Фиг. 1 не показан) или эрлифтом, от компрессора (2.1) подается возвратный активный ил вместе со сточной водой, обогащенной фосфатами и нитратами из оксидного блока (С3). Для исключения попадания в анаэробный блок кислорода воздуха и поддержания активного ила во взвешенном состоянии осуществляется циркуляционное перемешивание винтовым насосом (Н3.1).
Из анаэробного блока (С2.1) сточная вода вместе с илом самотеком, например через переливное устройство, расположенное под водой, подается в аноксидный блок-денитрификатор (С2.2). В аноксидном блоке осуществляется переход нитратов в молекулярный азот. Из аноксидного блока (С2.2) сточная вода самотеком, например через верхнюю воронку, поступает в нижнюю часть оксидного (или аэробного) блока-нитрификатора (С3), где осуществляется переход аммонийного азота в нитраты. Данный блок снабжен мелкопузырчатым аэратором (С0) для постоянного аэрирования активного ила от компрессора (2.2). Из оксидного блока эрлифтом возвратный активный ил вместе со сточной водой от компрессора (2.1) подается в анаэробный блок (С2.1).
Для поддержания необходимой концентрации активного ила в оксидный блок осуществляется подача возвратного ила, например эрлифтом от компрессора (2.1) из блока мембранной фильтрации (С4).
Из оксидного (аэробного) блока (С3) смесь активного ила подается в блок мембранной фильтрации (С4). Блок мембранной фильтрации включает в себя ультрафильтрационные мембранные модули с размером пор мембран 0,03-0,2 мкм. Мембранные модули могут состоять, например, из наборов половолоконных полимерных мембран или пластинчатых мембран или керамических трубчатых мембран и т.п. Мембранная фильтрация осуществляется с помощью вакуумного насоса (Н2.1). Пермеат после прохождения мембранных модулей по вакуумной линии попадает в емкость очищенной воды (С6) либо направляется на выпуск.
Вакуумная линия оснащена вакуумметром, электромагнитным клапаном и ротаметром (на Фиг. 1 не показаны). Для предотвращения загрязнения пор мембран и непрерывной работы мембранного блока с помощью компрессора (2.2) осуществляется подача воздуха в нижнюю часть мембранного блока через мелкопузырчатый аэратор (С0). Дополнительная очистка пор мембран осуществляется путем периодической обратной промывки с помощью насоса обратной промывки (Н2.2), включенного в вакуумную линию. Промывка осуществляется из емкости очищенной воды (С6). Периодически (зависит от применяемых мембран, от 1 до 4 раз в месяц) осуществляется промывка пор мембран с помощью химического реагента, например гипохлорита натрия. Работа мембранного блока осуществляется в автоматическом режиме.
В случае необходимости дополнительного обеззараживания из емкости сбора очищенной воды (С6) может осуществляться подача пермеата в блок обеззараживания, который, например, состоит из установки ультрафиолетового обеззараживания (на Фиг. 1 не показан). Установка включается автоматически в зависимости от уровня воды в емкости (С6). Блок обеззараживания может устанавливаться по согласованию с потребителем.
Таким образом, управляемые системы биомембранной очистки сточных вод повышают эффективность очистки сточных вод и надежность конструкции установки. В результате предложенная конструкция установки обеспечивает достижение показателей качества очищенной воды, приближающихся к предельно-допустимым для сброса по санитарно-гигиеническим и рыбохозяйственным нормативам.
В качестве подтверждения возможности получения указанного заявителем технического результата приведены результаты экспериментальной проверки экспериментального образца установки для очистки сточных вод ОСВ-5.0, разработанного на основе материалов заявки, которые проводились на реальных городских сточных водах в период с июня по сентябрь 2013 г. на базе Северной Станции Аэрации (ССА) Водоканала Санкт-Петербурга и Химико-бактериологической лаборатории сточных вод филиала «Водоотведение Санкт-Петербурга» ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга", аккредитованной в Системе аккредитации аналитических лабораторий (центров) Госстандарта России (Номер Госреестра - РОСС RU. 0001.510962) (Таблица 1).
5
4
3
4
5
4
4
Средние показатели очистки экспериментальной установки: взвешенные вещества - 6,3 мг/л, ХПК - 21 мг/л, БПК - 2,5 мг/л, N-NH - 2,9 мг/л, N-NO - 7,5 мг/л, Р-PO - 0,56 мг/л, средняя эффективность очистки установки по показателям составляет: взвешенные вещества - 97%, ХПК - 94,7%, БПК - 98,3%, N-NH - 86,7%, Р-РС - 80,6%. Небольшие отклонения от норм ПДК наблюдаются для азота аммонийного, что объясняется в данный период сильнозагрязненными входящими водами, а также небольшим периодом опытной проверки установки.
Наилучшие достигнутые результаты по очистке сточных вод (по БПК5, ХПК, азоту аммонийному и нитратному, по фосфору фосфатов) были получены при использовании половолоконных ультрафильтрационных мембран одновременно с анаэробно-аноксидно- оксидной (аэробной) обработкой сточных вод.