СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF BIOLOGICAL TREATMENT OF SEWAGE WATER

Данное изобретение относится к способу осуществления биологической очистки коммунальных или аналогичных сточных вод с помощью активного ила, соответствующему ограничительной части п. 1 формулы изобретения, в котором сточные воды сначала вводят в резервуар активного ила, который можно вентилировать (и который именуются далее резервуаром В), а затем - попеременно - в один из некоторого количества резервуаров седиментации и рециркуляции (именуемых далее резервуарами SU), которые непрерывно сообщаются гидравлически с резервуаром В и в которых проводят некоторое количество рабочих циклов на протяжении суток, включая фазу возврата ила, фазу рециркуляции, фазу предварительной седиментации и фазу отвода (именуемые далее фазой S, фазой U, фазой V и фазой А, соответственно), при этом - последовательно - в фазе S происходит последовательный возврат уплотненного ила из резервуаров SU в резервуар В, в фазе U снова происходит смешивание активного ила с водой, в фазе V происходит седиментация активного ила, а в фазе А происходит отвод обработанной воды, причем циклы в резервуарах SU сдвинуты по фазе друг относительно друга, фазы А граничат друг с другом, поток проходит по резервуарам SU только в фазах А, обеспечивается приблизительно постоянный уровень воды, и поэтому происходит выпуск из системы обработки сточных вод, соответствующий подаче в систему обработки сточных вод (по принципу «непрерывного потока»). Помимо этого, данное изобретение относится к устройствам для осуществления этого способа.
Из европейского патента ЕР 0851844 известен способ биологической очистки сточных вод с помощью активного ила, в котором сначала вводят сточные воды в резервуар активного ила, который можно вентилировать, а затем - в резервуар седиментации, в котором разделяют активный ил и обработанную воду, и после  процесса разделения подают активный ил обратно в резервуар активного ила, а обработанную воду отводят. На протяжении суток проводят в резервуаре седиментации некоторое количество рабочих циклов, которые включают в себя фазу U перемешивания, фазу V предварительной седиментации и фазу А отвода, при этом в фазе перемешивания активный из снова смешивают с водой, в фазе предварительной седиментации седиментируют активный ил, а в фазе отвода отводят обработанную воду. В соответствии со способом, соответствующими этому документу, процесс очистки имеет место в биологической системе с двумя резервуарами, то есть, в резервуаре активного ила и в резервуаре седиментации, с непрерывным притоком и прерывистым оттоком. В течение периода отсутствия оттока, уровень воды увеличивается в результате притока (принцип заполнения). Существо пункта патентной формулы на этот способ заключается в том, что седиментированный активный ил возвращают в резервуар активного ила «системы с двумя баками посредством операции заполнения» после фазы предварительной седиментации и перед фазой перемешивания. В фазе перемешивания, содержимое резервуара В (резервуара активного ила) смешивают с содержимым резервуара SU (резервуара седиментации) до тех пор, пока не получится в целом постоянная концентрация сухого вещества. Оба резервуара граничат друг с другом и непрерывно сообщаются гидравлически в области основания.
Аналогичный способ известен из международного патента РСТ/АТ00/00322, в котором указано, что седиментированный уплотненный активный ил возвращают из резервуаров SU в резервуар В после фаз V, но перед фазами U. Резервуар В выполняют непрерывно сообщающимся гидравлически с двумя резервуарами SU посредством одного или более отверстий в центральной области резервуара (см. фиг. 1), а времена циклов выбирают составляющими приблизительно 140 минут (фаза S занимает приблизительно 5 мин; фаза U занимает приблизительно 5 мин; фаза V занимает приблизительно 60 мин; фаза А занимает приблизительно 70 мин, A=(S+U+V)). В фазе S, уплотненный ил транспортируют от основания резервуаров SU в верхнюю область (близкую к поверхности) резервуара В, а перемещаемое таким образом содержимое резервуара В возвращают через отверстия в центральной области резервуара. В фазе U, содержимое резервуара SU завихряют и гомогенизируют, не создавая циркулирующий поток через резервуар В. В фазе А, поток идет из резервуара В в резервуар SU аналогичным образом - через отверстия в центральной области. Перемешивания в резервуарах SU (фаза U) достигают путем продувки в воздухе.
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы улучшить и/или дополнить описанный во вводной части способ биологической очистки сточных вод таким образом, что становится возможным также применение установок для обработки сточных вод.
Эту задачу решают посредством способа, обладающего признаками по п. 1 формулы изобретения, и посредством устройств для осуществления этого способа. Преимущественные варианты разработки изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Способ, соответствующий изобретению, отличается очисткой от фосфора путем использования резервуара биологической очистки от фосфора (био-Р), именуемого далее резервуаром Р. Резервуар Р гидравлически сообщается с резервуаром В через одно или несколько отверстий. Сначала вводят необработанные сточные воды в резервуар Р, а затем - в резервуар В, при этом - последовательно - в фазе S вводят, по меньшей мере, часть уплотненного активного ила из резервуара SU в резервуар Р, в фазе U снова смешивают активный ил с водой, в фазе V седиментируют активный ил, а в фазе А отводят обработанную воду, причем в резервуарах SU циклы сдвинуты по фазе друг относительно друга, фазы А граничат друг с другом, поток проходит через резервуары SU только в фазах А, обеспечивают приблизительно постоянный уровень воды, и поэтому происходит выпуск из системы обработки сточных вод, соответствующий подаче в систему обработки сточных вод (по принципу «непрерывного потока»), и при этом смешивание в объеме резервуара Р осуществляют непрерывно или с перерывами.
Чтобы сэкономить место и финансовые средства, применяют био-Р в специальных установках для обработки воды, описываемых в п. 1 формулы данного изобретения. Дополнительные затраты на воплощение резервуара Р, которые предусматривают, например, стенку между резервуаром Р и резервуаром В, трубу для транспортировки уплотненного ила из резервуара SU в резервуар Р и смесительную систему для смешивания в объеме резервуара Р, являются умеренными по сравнению с затратами на осаждение фосфора.
Резервуар В предусматривает осуществление одинаковым образом выравнивания концентраций сточных воды в резервуаре В и увеличение концентрации сухого вещества активного ила в резервуаре В. Это увеличение приводит к получению необходимого полного объема системы обработки, причем этот объем будет почти равновеликим при наличии или отсутствии резервуара Р.
В фазе S обеспечивают вытекание уплотненного активного ила из резервуара SU в резервуар Р, предпочтительно - посредством трубы или трубопровода сообщения резервуара SU с резервуаром Р.
В одной компоновке резервуаров, когда резервуары SU расположены бок о бок на одной стороне резервуара В, резервуар Р расположен со стороны резервуара В, противоположной стороне, с которой расположены резервуары SU (см. фиг. 2).
В еще одной компоновке резервуаров, когда резервуары SU расположены на противоположных сторонах резервуара В, резервуар Р расположен так, что оказывается в середине резервуара В (см. фиг. 3). Эта компоновка полезна в контексте очистки сточных вод крупногабаритными установками для обработки сточных вод со многими модулями. Чтобы эффективно смешать необработанную воду в резервуаре Р с илом, резервуар Р предпочтительно сооружают в форме циркуляционного резервуара. Циркуляционные резервуары, которые можно использовать в данном изобретении, хорошо известны специалистам в данной области техники и, как правило, содержат горизонтальную перегородку, вокруг которой поддерживается горизонтальный круговорот сточных вод. В конкретных вариантах осуществления, содержимое резервуара Р смешивают, создавая горизонтальный поток в продольном направлении на уровне воды и горизонтальный поток в противоположном направлении на дне резервуара Р. Чтобы гарантировать, что все модули установки обработки сточных получат одно и то же количество смеси сточных вод и ила, уровень воды резервуара Р поднимают на величину до 10-20 см над уровнем резервуара В. Скорость воды в отверстиях, посредством которых резервуар Р сообщается с резервуаром В, составляет приблизительно 1,4-2,0 м/с.
Чтобы получить каскадный эффект при осуществлении способа, соответствующего изобретения, можно предусмотреть более одного резервуара Р, например - два или более резервуаров В.
В предпочтительном варианте, ширина резервуара Р составляет приблизительно L/6, где L - ширина резервуаров SU.
В частности, экономически эффективным и энергосберегающим является возврат уплотненного ила (фаза S) с помощью эрлифтных насосов и аналогичное использование воздуха для рециркуляции содержимого резервуаров SU (фаза U). Для этого также достаточно сжатого воздуха, предусматриваемого для вентиляции резервуаров В.
Для отвода обработанных сточных вод можно использовать разные устройства. Отметим также, что при осуществлении этого способа в резервуарах SU обнаруживается большая часть концентрации нитратов (эндогенная денитрификация). В предпочтительном варианте, резервуар В будет принимать избыточный ил. Избыточный ил отводят от основания резервуара Р перед тем, как в резервуаре Р начинается новое смешивание сточных вод и ила. Затем активный ил уплотняют в наибольшей возможной степени.
В способе, соответствующем изобретению, либо часть уплотненного активного ила, либо весь уплотненный активный ил, переносят из резервуара SU в резервуар Р. В дополнение к этому, можно также - предпочтительно - переносить менее уплотненный активный ил из резервуара SU в резервуар В. Специалисту в данной области техники должно быть известно, какое количество уплотненного активного ила (и - при необходимости - менее уплотненного активного ила) надлежит перенести из резервуара SU в резервуар Р (и резервуар В).
Превосходная очистка с очень низким энергопотреблением и низкими затратами достигается в результате сбалансированного уровня воды в резервуаре Вив резервуарах SU, в результате использования сжатого воздуха для работы в фазах S и U (одновременный ввод кислорода) и в результате экстенсивной (эндогенной) денитрификации.
Данное изобретение также относится к устройствам очистки сточных вод, предназначенным для осуществления вышеописанного способа.
Соответственно, изобретение относится к устройству очистки сточных вод, содержащему резервуар активного ила, который можно вентилировать (именуемый далее резервуаром В), некоторое количество резервуаров сегментации и рециркуляции (именуемых далее резервуарами SU), которые непрерывно сообщаются гидравлически с резервуаром В и в которых на протяжении суток проводят некоторое количество рабочих циклов, включая фазу возврата ила, фазу рециркуляции, фазу предварительной седиментации и фазу отвода (именуемые далее фазой S, фазой U, фазой V и фазой А, соответственно), и резервуар для биологической очистки от фосфора (именуемый далее резервуаром Р), причем резервуар Р гидравлически сообщается с резервуаром В через одно или несколько отверстий. В одной компоновке, резервуары SU расположены бок обок на одной стороне резервуара В, а резервуар Р расположен на той стороне резервуара В, которая противоположна стороне, где расположены резервуары SU (см. фиг. 2 и фиг. 3). В еще одной - альтернативной - компоновке, резервуары SU расположены на противоположных сторонах резервуара В, и резервуар Р расположен в середине резервуара В (см. фиг. А). В альтернативной компоновке, резервуары Р расположены между резервуарами SU и резервуаром В (см. фиг. 5 и фиг. 6). Устройства очистки сточных вод согласно изобретению отличаются тем, что резервуары SU и резервуар Р сообщаются посредством трубы, что обеспечивает поток ила из резервуаров SU в резервуар Р. Чтобы получить каскадный эффект, устройства очистки сточных вод предпочтительно содержат более одного резервуара Р, например - два или более резервуаров Р. В предпочтительном варианте, ширина резервуара Р составляет приблизительно L/6, где L - ширина резервуаров SU. В резервуаре Р предусмотрены средства для непрерывного или осуществляемого с перерывами смешивания сточных вод с уплотненным активным илом, который течет из резервуаров SU в резервуар Р. Резервуар Р предпочтительно сооружен в форме циркуляционного резервуара.
Дальнейшие подробности данного изобретения выявятся из описываемых ниже чертежей, которые иллюстрируют возможные неограничительные варианты осуществления изобретения. На чертежах показаны рабочий цикл (фиг. 1) и системы обработки сточных вод, где проходит фаза S (фиг. 2-6), а именно:
на фиг. 1 показан рабочий цикл для двух резервуаров SU, иллюстрируемых в возможных вариантах осуществления;
на фиг. 2 показано схематическое изображение системы обработки сточных вод, в которой резервуары SU расположены бок о бок на одной стороне резервуара В, а резервуар Р расположен на стороне резервуара В, противоположной стороне, где расположены резервуары SU;
на фиг. 3 показано вертикальное сечение системы очистки сточных вод согласно фиг. 2; и
на фиг. 4 показан схематический вид модуля крупногабаритной установки обработки сточных вод, в которой резервуары SU расположены на противоположных сторонах резервуара В, а резервуар Р расположен в середине резервуара В;
на фиг. 5 показано схематическое изображение системы обработки сточных вод, в котором резервуаров SU расположены бок о бок на одной стороне резервуара В, а резервуар Р расположен между резервуарами SU и резервуаром В;
на фиг. 6 показан схематический вид модуля крупногабаритной установки для обработки сточных вод, в котором резервуары SU расположены на противоположных сторонах резервуара В, а резервуар Р расположен между резервуарами SU и резервуаром В.
На фиг. 1 показан рабочий цикл для двух резервуаров SU - SU1 и SU2, - показанных в возможных вариантах осуществления, причем ось времени проходит в горизонтальном направлении слева направо. Протекание отдельных фаз, т.е., фазы S, фазы U, фазы V и фазы А, и функционирование в них уже описано выше подробно.
вх
вых
На фиг. 2 показано схематическое изображение системы обработки сточных вод, в которой резервуары SU - SU1 и SU2 - расположены бок о бок на одной стороне резервуара В, а резервуар Р расположен на стороне резервуара В, противоположной стороне, где расположены резервуары SU - SU1 и SU2. На фиг. 3 показано вертикальное сечение системы очистки сточных вод согласно фиг. 2 (проведенное по линии, которая на фиг. 2 проходит горизонтально через систему согласно фиг. 2). Символ Q обозначает поток сточных вод, вводимый в резервуар Р, при этом символ Q обозначает поток обработанной воды, вытекающей из системы обработки. Уплотненный активный аэрированный ил 3 вытекает из резервуаров SU - SU1 и SU2 - в резервуар Р через трубу 1. Чтобы в достаточной мере смешать сточные воды в резервуаре Р с уплотненным активным илом 3, смешивание в объеме резервуара Р проводят непрерывно или с перерывами. Затем смесь сточных вод и ила переносят в резервуар В и далее в резервуары SU - SU1 и SU2 - через одно или несколько отверстий 2, обеспечивающих сообщение резервуара Р с резервуаром В, а резервуара В - с резервуарами SU, т.е. SU1 и SU2, соответственно. Позиция 5 обозначает эрлифтный функциональный блок для работы согласно фазе S. Ширина резервуара Р составляет приблизительно L/6, где L - ширина резервуаров SU - SU1 и SU2.
вх
вых
На фиг. 4 показан схематический вид модуля 10 крупногабаритной установки для обработки сточных вод, в которой резервуары SU - SU1 и SU2 - расположены на противоположных сторонах резервуара В, а резервуар Р расположен в середине резервуара В. Символ Q обозначает поток сточных вод, вводимый в резервуар Р, при этом символ Q обозначает поток обработанной воды, вытекающей из системы обработки воды. Уплотненный активный аэрированный ил 13 вытекает из резервуаров SU - SU1 и SU2 - в резервуар Р через трубы 11. Чтобы эффективно смешать сточные воды в резервуаре Р с уплотненным активным илом 13, смешивание в объеме резервуара Р проводят непрерывно или с перерывами. Резервуар Р сооружен в форме циркуляционного резервуара, гарантирующего эффективное смешивание сточных вод и ила. Затем смесь сточных вод и ила переносится в резервуар В и далее в резервуары SU - SU1 и SU2 - через одно или несколько отверстий 12, обеспечивающих сообщение резервуара Р с резервуаром В, а резервуара В - с резервуарами SU, т.е. SU1 и SU2, соответственно.
На фиг. 5 и фиг. 6 показаны компоновки, альтернативные компоновкам согласно фиг. 2 и фиг. 4, причем резервуар Р находится между резервуарами SU и резервуаром В.