УСТРОЙСТВО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНО-БЫТОВЫХ ВОД

Полезная модель относится к биологической очистке бытовых канализационных стоков с прерывистым протеканием с использованием активного ила и может найти применение для использования в отдельно стоящих жилых домах, предприятиях различного назначения, общественных зданиях.
При биологической очистке сточных вод используется активный ил, который представляет собой смесь различных микроорганизмов. Этому илу необходимы для жизни питательные вещества, содержащиеся в сточных водах, он очищает сточные воды посредством потребления питательных веществ. Активационный процесс возможен лишь при окислении органических веществ кислородом воздуха, которое, как правило, осуществляется посредством нагнетания воздуха в активационный резервуар.
Для очистки сточных вод используются активационные системы с илом во взвешенном состоянии, где хлопья ила перемешиваются со сточной водой и воздухом.
Известные до сих пор активационные очистительные установки сточных вод с илом во взвешенном состоянии можно разделить на системы с непрерывным протеканием сточных вод через активационные резервуары и на системы с прерывистым протеканием (СБР реакторы).
В непрерывной системе очистки сточные воды после грубой предварительной очистки вводятся в активационный резервуар и после необходимого, по технологии периода для очистки, отводятся вместе с активным илом в отдельный вторичный отстойник. В отстойнике происходит осаждение ила, а очищенная вода отводится в выпускное отверстие.
В системе с прерывистым протеканием сточных вод после грубой предварительной очистки подаются в активационный резервуар либо немедленно, либо перекачиваются из уравнительного резервуара. После очистки вод активационный процесс прерывается, то есть останавливается подача воздуха и перемешивание воды в активационном резервуаре, а после осаждения ила очищенная вода перекачивается или стекает в выпуск. Затем снова наполняется активационный резервуар, и описанный цикл повторяется.
В настоящее время известны различные конструкции таких установок.
Так, из описания к авторскому свидетельству №1174385 (опубликовано 23.08.1985) известно устройство для очистки сточных вод активным илом, содержащее корпус с аэротенком, цилиндрической шахтой, осветлителем, отделениями флотации и дегазации, водоподъемные трубы, аэраторы и компрессоры.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и неэффективность при эксплуатации.
Известна также установка для очистки сточных вод, содержащая технологическую емкость - корпус с технологическими отсеками и установленным в них оборудованием, включая датчики уровня, систему аэрации с пятью компрессорами, насосами и аэраторами, подключенную к блоку управления, с возможностью обеспечения прямого и обратного циклов очистки сточной воды (патент РФ №2162062, 20.01.2001).
Недостатками этой установки является сложность и ненадежность конструкции, а также отсутствие защиты от аварийных переливов при залповых сбросах стоков или выходе из строя оборудования.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является установка для биологической очистки бытовых канализационных стоков, которая, также как и патентуемая, содержит резервуар с активным илом, мусоросборник в виде съемной сетчатой корзины и аэратор (патент РФ №84838, 20.07.2009).
Основными недостатками существующих установок являются следующие применяемые решения и последствия их использования:
- сложная, дорогостоящая система контроля и управления технологическим процессом очистки, включающая в себя электронные контроллеры, электрические насосы, электрические датчики, электрические запорные устройства, предохраняющие электроустройства и значительное количество электрокабелей и электроразъемов внутри очистной установки, причем выход из строя хотя бы одного из электроустройств способен вызвать аварийную ситуацию;
- для обслуживания установок и поддержания их в работоспособном состоянии требуются высококвалифицированные специалисты;
- сложная система целевого распределения сжатого воздуха от компрессоров, имеющая разветвленную структуру и тупиковые, непроточные участки;
- необходимость использования регулировочных устройств и (или) калиброванных точечных диффузоров, уязвимых к забиванию, для равномерного распределения сжатого воздуха;
- для восстановления работоспособности оборудования очистных сооружений требуется остановка технологического процесса и замена неисправного оборудования. Для ремонта системы аэрации, кроме того, дополнительно требуется полная остановка подачи стоков и осушение рабочих емкостей. За это время выходит из строя биологическая составляющая очистных сооружений, - равновесная система активного ила в совокупности с распределением поступающих загрязнений, нарушается способность активного ила к очистке стоков. Длительный период остановки аэрации вызывает гибель отсеков биомассы активного ила, сопряженную с выделением вредных, в т.ч. и для электрооборудования, газов. Периодически меняющиеся уровни жидкости в разных камерах часто вызывают значительный перепад уровне жидкости в соседних отсеках, перегородки периодически дополнительно нагружаются, что может привести к нарушению их целостности. Незначительное нарушение герметичности соединений перегородок приводит к нарушению технологического процесса.
В ходе длительной эксплуатации очистных установок нижние полости отсеков, предусмотренные для активного ила, постепенно заполняются нежелательными осадками: минеральными частицами, шлаком, известковыми и жировыми отложениями. Накапливающиеся инертные осадки вытесняют активный ил из рабочих зон, ухудшая работоспособность очистных установок.
- многокамерное исполнение устройства, что ведет к уменьшению полезного объема камеры активации и, соответственно, к снижению объемов перерабатываемых стоков при сохранении качества очищенной воды.
Задачей патентуемого решения является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом патентуемого решения является снижение материалоемкости и размеров установки, повышение эффективности очистки сточных вод за счет оптимизации соотношения объема сточной воды к объему активационного отсека, что также позволит иметь значительный запас резервной мощности по очистке в нештатном режиме, увеличение срока эксплуатации в необслуживаемом режиме.
Также техническим результатом является высокая ремонтопригодность установки и улучшение показателей залпового объема сброса.
Заявленный технический результат достигается за счет использования конструкции устройства (установки) очистки сточных вод, выполненной в виде резервуара цилиндрической формы с активным илом и конической верхней частью, переходящей в горловину, который содержит патрубки подвода сточной воды и отвода очищенной воды, также устройство включает блок управления, горловина резервуара закрыта крышкой, а внутри резервуара установлены аэратор, мусоросборник в виде съемной сетчатой корзины, поплавок с дренажным насосом на направляющих, при этом мусоросборник установлен под патрубком подвода загрязненной воды, дренажный насос соединен с патрубком отвода очищенной воды, аэратор соединен с компрессором.
Компрессор и блок управления могут быть установлены в контейнере, размещенном в горловине резервуара.
Также компрессор и блок управления могут быть размещены во влагозащищенном боксе и расположены за пределами резервуара.
Корзина выполнена в виде усеченного конуса и крепится в резервуаре посредством специальных креплений, выполненных в виде нижней цилиндрической подставки под днище корзины и верхнего крепления, выполненного в виде кольца.
В частности, аэратор может быть выполнен керамическим и имеет форму параллелепипеда. Это позволит гораздо интенсивнее насыщать воду кислородом, что ускоряет процесс разложения биоосадка.
В частности, поплавок выполнен овальной формы с отверстием внутри для размещения дренажного насоса.
Предпочтительно направляющие представляют собой две полые штанги, в одной из которых закреплена вертикальная герметичная вставка с герконовыми датчиками уровня жидкости.
Блок управления соединяется посредством кабеля с вертикальной герметичной вставкой с герконовыми датчиками уровня жидкости, дренажным насосом, компрессором, источником электрического питания.
Далее решение поясняется ссылками на фигуру, на которой приведен общий вид установки в разрезе.
Установка для биологической очистки бытовых канализационных стоков посредством активированного ила во взвешенном состоянии включает корпус 1, выполненный в виде цилиндра, который в верхней части соединяется с более узкой цилиндрической горловиной посредством усеченного конуса. Корпус 1 выполнен в виде однокамерной емкости, что позволяет при использовании технологии очистки типа (СБР) и вертикально перемещающейся системы откачки оптимизировать соотношение объема стока к объему активационного отсека с резервированием, на случай нештатных режимов работы, с сохранением уровня очистки.
В корпусе 1 расположены мусоросборная корзина в форме усеченного книзу конуса 4, выполняющая также частично функцию первичного отстойника, где также накапливаются неразлагаемые биологическим путем предметы для последующей периодической их выемки вместе с корзиной и ее очистки. Корпус 1 используется как камера аэробной обработки воды и как камера, где происходит вторичное отстаивание биологического осадка.
В корпусе 1 расположен аэрационный керамический элемент 8, выполненный в форме параллелепипеда и поплавок 5 овальной формы с отверстием внутри для расположения в нем дренажного насоса.
Сам дренажный насос 10 для откачки очищенных стоков за пределы устройства. Также данный насос используется для периодического удаления избытка биологического осадка (активного ила) посредством кратковременного извлечения его из поплавка 5, замены откачивающего шланга и погружения на дно корпуса 1 с откачкой осадка до определенного уровня, после чего он опять вставляется в поплавок 5 для дальнейшей работы в очистном цикле.
Мусоросборная корзина 4 крепится к корпусу 1 с помощью креплений 7. Нижняя часть крепления представляет собой цилиндрическую подставку под днище корзины, закрепленную на корпусе посредством экструзионной сварки. Верхняя часть крепления служит для удержания корзины в вертикальном положении и представляет собой кольцо из приваренной к корпусу экструзионным способом полиэтиленовой полосы.
Корзина выполнена таким образом, чтобы ее можно было извлечь с помощью монтажного шнура, закрепленного с одной стороны на краях корзины, а с другой - в контейнере для оборудования 3 и вставить обратно.
Поплавок 4 имеет возможность двигаться вверх и вниз с помощью направляющих полых цилиндрических штанг 6, в одной из которых закреплена вертикальная герметичная цилиндрическая вставка с герконовыми датчиками уровня жидкости 13. В поплавке 4 расположен дренажный насос 10, позволяющий откачивать очищенную воду посредством гофрированного цилиндрического жесткого шланга в выпуск после окончания цикла очистки.
Управление циклами работы установки осуществляется блоком управления 11, который представляет собой сборный электронный прибор и находится в съемном контейнере для оборудования 3, вставляемом в горловину существующего устройства и по необходимости свободно вынимаемом из нее.
Также в контейнере 3 располагается компрессор 9 для периодической подачи воздуха в аэрационный элемент 8. Контейнер 3 закрывается крышкой 2 и благодаря своей конструкции имеет отверстия между торцом горловины корпуса 1 и крышкой 2, что позволяет воздуху попадать в контейнер 3 для возможности нормальной работы компрессора 9.
Блок управления 11 соединяется кабелем в двойной изоляции на разъемных соединениях с вертикальной герметичной цилиндрической вставкой с герконовыми датчиками уровня жидкости 13, дренажным насосом 10, компрессором 9,источником электрического питания, выносным индикаторным устройством и автоматизирует процесс очистки сточных вод.
Также предусмотрен вариант монтажа блока управления 11 компрессора 9 за пределами корпуса 1 во влагозащищенном боксе, который может быть смонтирован над поверхностью грунта на различных держателях (столб, стена, ограждение и т.д.) и соединен с корпусом 1 посредством влагонепроницаемого трубопровода, проходящего под поверхностью грунта и несущего в себе кабель питания насоса 5, компрессора 9, сигнальный кабель от датчиков 13 и воздушный шланг для аэрационного элемента 8.
Мусоросборная корзина 4 расположена по отношению к модулю с поплавком 4 - насосом 10 под углом 120°. Впуск сточных вод находится прямо над корзиной 4, выпуск - под углом 120° по отношению к мусоросборной корзине 4 и модулю с поплавком 4 и насосом 10.
Суммарный эффект всех преимуществ предлагаемой установки:
- работа в режиме СБР,
снижение количества энергопотребляющих устройств, а также энергопотребления за счет того что насос работает в менее интенсивном режиме в отличие от аналогичных моделей, а компрессор работает с перерывами, являясь менее мощным за счет большей производительности аэратора, отсутствуют энергозатраты на перекачивание стоков из отсека в отсек;
- керамический аэратор гораздо интенсивнее насыщает воду кислородом, что ускоряет процесс разложения биоосадка;
- больший комфорт пользования, связанный с выносной индикацией, позволяющей дистанционно определять текущее состояние устройства и информирующей об аварийных ситуациях;
- минимальные затраты на техобслуживание, возможность выполнения ремонтных работ силами пользователя и без остановки процесса очистки сточных вод,
- минимизация в установке узлов требующих периодической замены, позволит при эксплуатации значительно повысить КПД предлагаемой установки с сохранением качества очистки по сравнению с аналогами.
Установка работает следующим образом.
Сточная вода поступает через трубопровод впуска в корзину 4, где происходит снижение и выравнивание скорости потока, изменение направления его движения и первичное отделение наиболее крупных и тяжелых взвешенных веществ. Далее вода поступает непосредственно емкость корпуса 1 для осаждения менее крупных взвешенных веществ. Сточная вода обеспечивает оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, которые попадают в сточные воды вместе с воздухом.
Воздух подается в емкость с помощью компрессора 9 и аэрационного элемента 8, что позволяет насыщать воду кислородом и происходить процессу окисления биологического осадка, находящегося в сточных водах. Компрессор работает циклически (включение-выключение через определенные промежутки времени), что позволяет аэратору выдавать кислород определенными порциями в зависимости от заполненности камеры корпуса 1. Таким образом происходит характерный для СБР-реакторов периодический процесс перемешивания и отстаивания осадка.
При отсутствии кислорода обеспечиваются оптимальные условия для содержащихся в сточных водах анаэробных микроорганизмов (дрожжей, микроскопических грибов, сульфатредуцирующих и гнилостных бактерий), начинается анаэробный процесс сбраживания растворенной органики и ее частичное биохимическое разложение до более простых соединений (аминокислот, фосфор- и азотсодержащих соединений).
При наличии кислорода процессы разложения органических веществ происходят с помощью аэробных бактерий свободноплавающих микроорганизмов, где происходит более полное разложение растворенной органики до более простых веществ. В частности, нитрифицирующие микроорганизмы разлагают аммонийные азотистые соединения до нитратов и нитритов. При этом из-за отсутствия взвешенных веществ, которые были осаждены на дно, создаются благоприятные условия для биоценоза активного ила.
В емкость корпуса 1 от компрессора-воздуходувки 9 поступает воздух через микрокаппиляры керамического аэрационного элемента в виде мельчайших пузырьков размером до 100 мкм, что необходимо для обеспечения жизнедеятельности аэробных микроорганизмов и удаления газообразных продуктов распада. Подача воздуха осуществляется компрессором, который располагается контейнере 3 и соединяется с керамическим аэратором шлангом. Крышка установки утеплена фольгированным теплоизолятором, что позволяет поддерживать постоянную температуру воды в камере установки в более холодное время. В емкости корпуса 1 в последней фазе очистки происходит полная минерализация активного ила, в результате чего он становится неспособным к загниванию, т.е. приобретает стабильные свойства. Отстоянную очищенную воду отводят через трубопровод выпуска.
3
Изготовлен и прошел испытания опытный образец установки производительностью 0,92 м/сутки. Размер установки при этом составил: диаметр - 1,4 м; высота - 2,05 м. В установку подавали хозяйственные и фекальные сточные воды.
3
Установка работала круглосуточно. Расход воздуха составлял 3,3 м/час. Установка устойчиво работала при колебаниях расхода воды от (15 до 100%). Удаление осадка осуществлялась один раз в 6 месяцев дренажным насосом 10.
Эффективность очистки составила 98-99,8%. Очищенная вода соответствовала требованиям, предъявляемым к сточным водам для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения или для использования в системах технического оборотного водоснабжения.
Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает осуществление полного цикла очистки сточных вод с различными видами загрязнений с высокой степенью очистки, является компактной, мобильной, удобной и устойчивой в эксплуатации.