УСТАНОВКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОКОВ

Полезная модель относится к технологии очистки сточных вод в анаэробных, аэробных и аноксидных условиях и может быть использовано для биохимической очистки и глубокой доочистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод.
Из существующего уровня техники известно устройство для биологической очистки сточной жидкости (патент РФ №20511290, опубл. 27.12.95 г.), содержащее аэрофильтр с загрузкой из жестких ершей аэротенка со струйными аэраторами, вторичный отстойник с тонкослойными модулями, трубопроводами рециркуляции иловой смеси возвратного ила, рециркуляционный насос.
Недостатком данного устройства является громоздкость конструкции из-за расположения отдельных емкостей (аэрофильтр, аэротенк, вторичный отстойник) друг над другом.
Известна станция глубокой очистки сточных вод (патент РФ №2048457, опубл. 20.11.95 г.), которая содержит последовательно расположенные аэротенки - отстойники первой и второй ступеней, денитрификатор, биореактор, угольный фильтр, трубопроводы подачи обрабатываемой воды, сжатого воздуха, реагентов.
Известна установка биологической очистки сточных вод (патент РФ №2152907, опубл. 20.07.2000 г.) в виде прямоугольного корпуса, включающего первичный отстойник, аэротенк с носителем прикрепленной микрофлоры, разделенный вертикальными перегородками на ступени, аэрационную систему, вторичный отстойник, систему рециркуляции активного ила и блок бактерицидной обработки. Носитель прикрепленной микрофлоры выполнен в виде плоских экранов, установленных поперек движения потока по всей ширине, первичный отстойник разделен по высоте перегородкой на две части и его нижняя часть дополнительно снабжена аэрационной системой, а сама установка содержит дополнительно усреднительную емкость с установленной в ней аэрационной системой и емкость аэробного стабилизатора с аэрационной системой.
Известна установка для глубокой биологической очистки бытовой и промышленной сточной воды (патент на полезную модель №64024, от 05.03.2007), содержащая корпус с уравнительной и активационной камерами с датчиками уровня, камеру-отстойник, систему аэрации с компрессорам и, насосами и аэраторами, подключенную к блоку управления, с возможностью обеспечения прямого и обратного циклов очистки сточной воды, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена камерой стабилизации активного ила, при этом система аэрации выполнена в виде двух аэрационных подсистем, одна из которых выполнена в виде аэрационной подсистемы для прямого цикла очистки, а другая в виде аэрационной подсистемы для обратного цикла очистки сточной воды, каждая из которых снабжена компрессором, при этом аэрационная подсистема для прямого цикла очистки подключена к насосу уравнительной камеры, иловым насосам камеры - вторичного отстойника и активационной камеры, а аэрационная подсистема обратного цикла подключена к аэратору уравнительной камеры, насосу для удаления плавучих загрязнений камеры - вторичного отстойника, аэратору активационной камеры, а также аэратору и иловому насосу камеры стабилизации активного ила, при этом корпус установки выполнен из листового полимерного материала.
Недостатком данных устройств является высокая аварийность в связи с наличием оборудования (насосов, реагентного узла и др.), которое усложняет эксплуатацию, приводит к засорению узлов и трубопроводов, требует частого обслуживания и ремонта.
В качестве прототипа рассмотрим установку биологической очистки сточных вод (патент на полезную модель №65043, от 26.03.2007), которая содержит аэротенк с аэрационной системой, носители с прикрепленной микрофлорой, вторичный отстойник с устройством для его очистки с аэрационной системой согласно полезной модели, выполнена в виде цилиндрического корпуса с капитальной перегородкой включающего лоток для активного ила, площадку кольцевую, тележку ходовую и илосос, а также имеет по две зоны аэротенка и зоны биореактора, а также систему биощитов из рам состоящих из прутка и натянутой на них стеклотканью на которой расположен слой биомассы, а вторичный отстойник имеет тонкослойные модули. Загрязненные стоки поступают из одной зоны установки в другую самотеком и удаляются на последнем этапе в камеру для обеззараживания.
Недостатками прототипа являются:
- недостаточная эффективность очистки стоков;
- отсутствие в установке искусственно заданной циркуляции стоков, стоки поступают из одной зоны в другую самотеком и могут перетекать как в прямом направлении, так и в обратном.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является устранение вышеуказанных недостатков.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение эффективной очистки бытовых стоков при существенном снижении аварийности установки, сокращение частоты и трудоемкости технического обслуживания.
Для достижения указанного технического результата предлагается установка биологической очистки хозяйственно-бытовых стоков, содержащая цилиндрический корпус, имеющий, по меньшей мере, один вход и систему выпуска очищенных стоков, разделенный на четыре отсека вертикальными перегородками, а отсеки размещены в следующем порядке: приемный отсек, в который поступают загрязненные стоки через вход установки и который содержит аэратор, смешиватель, в котором осуществляют перемешивание и усреднение стоков в анаэробной среде с помощью смесителей, аэротенк, в котором размещен аэратор и волососборник, отстойник, в котором размещена система выпуска очищенных стоков, причем между отсеками в перегородках выполнены отверстия, через которые осуществляется циркуляция стоков внутри установки, а циркуляцию стоков задает циркуляционный насос.
Новизна заявляемой полезной модели состоит в том, что все четыре отсека установки образуют не отдельные изолированные друг от друга сосуды, перекачка стоков в которых из одного отсека в другой осуществляется насосами-эрлифтами, находящимися в каждом отсеке, как в прототипе, а емкости, сообщающиеся через отверстия в перегородках. Благодаря использованию принципа сообщающихся сосудов движение стоков из отсека в отсек осуществляется самотеком без использования насосов. Однако, для того чтобы задать движение стоков через каждый отсек в указанной выше последовательности и не допустить самопроизвольного перетекания стоков в обратном направлении в установке используют циркуляционный насос. Таким образом, благодаря сквозному сообщению между отсеками, удалось создать новый механизм организации движения стоков по всем четырем отсекам очистной установки с помощью единого циркуляционного насоса. При этом изменился не только сам механизм перекачки стоков, но и характер движения стоков в установке. Если в известных установках перекачивание стоков из одних отсеков в другие осуществляется периодически, в различные промежутки времени и в различных направлениях в зависимости от фазы работы, то в заявляемой установке обеспечивается непрерывное и многократное круговое движение стоков через все отсеки установки по единому маршруту. Тем самым реализуется непрерывная очистка стоков, при которой существенно увеличивается путь прохождения стоков через отсеки установки, а значит и достигаются лучшие показатели очистки. Кроме того, отказ от насосов-эрлифтов для перекачивания загрязненных стоков из одного отсека в другой, склонных к частому засорению и тот факт, что циркуляционный насос перекачивает только очищенные стоки из отстойника, существенно повышает надежность работы всей очистной установки и снижает ее аварийность. Также в установку включен новый функциональный отсек - смешиватель, который обеспечивает дополнительное интенсивное перемешивание (усреднение) стоков с помощью смесителей, что создает более благоприятные условия для очистки стоков в аэротенке. При этом, занимая определенное место в общей технологической цепочке отсеков, он одновременно выполняет функцию аноксидной очистки стоков. При перемешивании стоков в смешивателе важно также не допустить самопроизвольное перетекание стоков обратно в приемный отсек через отверстие в перегородке, данная проблема также решается благодаря наличию циркуляционного насоса в установке, который задает движение стоков в одном направлении по кругу, из приемного отсека в смешиватель, затем в аэротенк, затем в отстойник и далее снова в приемный отсек. Именно многократное прохождение стоков через все отсеки установки в заданной последовательности обеспечит их эффективную очистку от загрязнений.
Поскольку все движение стоков в установке задается одним циркуляционным насосом, то, меняя его производительность (путем простой замены воздушного жиклера одного диаметра на другой) и, тем самым, меняя скорость движения стоков в установке, появляется дополнительная возможность воздействовать на все основные составляющие технологического процесса очистки стоков - а именно, на продолжительность пребывания стоков в каждом отсеке и, соответственно, на время контакта стоков с активным илом. Учитывая, что на каждом объекте канализования стоки по своему составу и интесивности поступления индивидуальны, а состав содержащихся в них загрязнений может иметь значительные отклонения от «стандарного» состава (установленного СНиПом), то заменяя всего лишь один жиклер можно осуществить настройку очистной установки на каждый конкретный объект канализования для достижения наилучших показателей очистки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид сверху в разрезе заявляемой установки, на фиг. 2 показан развернутый вид сбоку в разрезе заявляемой установки, где:
1 - вход в установку;
2 - приемный отсек;
3 - крупнопузырчатый аэратор;
4 - компрессор;
5 - смешиватель;
6 - смеситель;
7 - аэротенк;
8 - мелкопузырчатый аэратор;
9 - волососборник в защитном корпусе;
10 - отстойник;
11 - эрлифт чистой воды в защитной трубе;
12 - выпускная труба;
13 - защитная перегородка;
14 - циркуляционный насос.
Установка биологической очистки хозяйственно-бытовых стоков содержит цилиндрический корпус, разделенный на 4 отсека перегородками. Вход в установку 1 расположен в приемном отсеке 2, в котором также установлен крупнопузырчатый аэратор 3 для разбивания крупных загрязнений и устранения запаха. В смешивателе 5 осуществляют перемешивание и усреднение стоков в анаэробной и аноксидной средах с помощью смесителя 6, в аэротенке 7, в котором размещен мелкопузырчатый аэратор 8, происходит насыщение стоков кислородом. На выходе из аэротенка 7 установлен волососборник 9. Волососборник 9 размещается не произвольно, а в строго определенном месте - вплотную к выходному отверстию из аэротенка 7 и, таким образом, служит дополнительной защитой эрлифта чистой воды 11, не допуская попадания волос именно в выходящие из установки очищенные стоки. Кроме нового местоположения волососборника, для повышения эффективности его работы волососборник 9 может быть помещен в защитный корпус. Сточная вода попадает в защитный корпус снизу, проходит через волососборник 9 и попадает в отстойник 10 через отверстие в перегородке, причем корпус может быть размещен таким образом, что отверстие в перегородке будет расположено в верхней его части. Таким образом, волососборник 9 не просто улавливает часть волос из воды, находящейся в соответствующем отсеке, а очищает от волос всю воду, поступающую в отстойник 11 на конечную стадию очистки.
Четвертый отсек установки - отстойник 10, в нем размещена система выпуска очищенных стоков, которая может включать в себя эрлифт чистой воды в защитной трубе 11, выпускную трубу 12 и защитную перегородку 13. Между отсеками в перегородках выполнены отверстия, через которые осуществляется циркуляция стоков внутри установки, а циркуляцию стоков задает циркуляционный насос 14.
Выпуск очищенных стоков из установки может быть реализован с помощью нового выпускного устройства, состоящего из 3-х элементов: эрлифта чистой воды 11, защитной трубы и ограждающей защитной перегородки 13. Эрлифты широко применяются в различных очистных установках для промежуточной перекачки стоков внутри отдельного отсека или между отсеками. Новизной является то, что эрлифт используется на «выходе» из установки. За счет малой производительности эрлифт чистой воды 11 существенно замедляет скорость выпуска сточной воды из установки, тем самым, увеличивая время пребывания стоков в ней и, повышая качество очистки, что особенно важно при больших залповых поступлениях стоков в установку. Новым также является то, что эрлифт чистой воды 11 помещается в специальную вертикальную защитную трубу, которая выполняет роль дополнительного (пятого) «отсека» установки, полностью изолированного от четвертого отсека (отстойника 10), стоки в котором содержат остатки плавающих загрязнений и ила. Выпускное устройство работает таким образом, что при нормальном рабочем уровне стоков в установке (см. Фиг. 2), задаваемом верхним обрезом защитной трубы, выпуска стоков из установки не происходит. Выпуск стоков начинает осуществляться при поступлении очередной новой порции неочищенных стоков в установку. Общий уровень стоков в установке (а значит и в отстойнике 10) при этом повышается, и через верхний обрез защитной трубы избыточная сточная вода начинает поступать из отстойника 10 к эрлифту чистой воды 11. Защитная труба дополнительно оснащена ограждающей перегородкой 13, верх которой находится выше максимально возможного уровня стоков в установке. Поэтому сточная вода попадает в защитную трубу не через верх перегородки 13, а через низ, защищая эрлифт чистой йоды 11 от остатков загрязнений и активного ила, плавающих на поверхности отстойника 10. Такая двойная защита эрлифта чистой воды 11 полностью исключает возможность аварии установки из-за его засорения, что повышает надежность работы всей установки.
Установка биологической очистки хозяйственно-бытовых стоков работает следующим образом.
Через вход в установку 1 исходная сточная вода поступает в приемный отсек 2 установки, в котором установлен крупнопузырчатый аэратор 3. В этом отсеке производится устранение запаха и подготовка стоков к последующей обработке. Далее стоки под действием циркуляционного насоса 14 поступают в смешиватель 5, в котором происходит интенсивное перемешивание (усреднение) стоков с помощью смесителей 6, при этом смешиватель 5 является частично анаэробной зоной очистки, а частично аноксидной зоной в установке, в аноксидной (бескислородной) среде происходит денитрификация, т.е. восстановление нитритов и нитратов до атомарного (газообразного, выделяющегося в атмосферу) азота и частичное снижение потребления кислорода. После этого стоки под действием циркуляционного насоса 14 перетекают в аэротенк 7, в котором установлен мелкопузырчатый аэратор 8, в этом отсеке осуществляется основной и максимально эффективный этап очистки стоков, производится насыщение стоков кислородом, в результате чего происходит минерализация органических веществ и резко снижается биохимическое потребление кислорода сточной водой. Далее стоки поступают в отстойник 10, откуда могут быть частично выведены из установки с помощью эрлифта чистой воды 11, а основная масса стоков под действием циркуляционного насоса 14 повторяет цикл очистки, поступая снова в приемный отсек 2.
В процессе работы этих четырех отсеков происходит накопление избыточного активного и стабилизированного ила. Его удаление производят с помощью погружного насоса после осаждения при выключенной установке.
Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил технических решений с подобной совокупностью существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» заявляемой полезной модели.