УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области биологической очистки бытовых и, частично, близких по составу к бытовым, промышленных сточных вод с использованием свободно плавающего активного ила.
Известна установка для очистки воды, содержащая корпус с уравнительной и активационной камерами, камеру-отстойник, систему аэрации как минимум с двумя компрессорами, насосами и аэраторами, подключенную к блоку управления, с возможностью регулирования прямого и обратного циклов очистки сточной воды. Блок управления обеспечивает автоматическое управление режимами работы установки по заданной программе с возможностью коррекции режима работы (при колебаниях притока сточных вод) по сигналам датчиков уровня (патент RU 2162062, 2001 г.). Недостатком установки является сложность конструкции, что затрудняет эксплуатацию и снижает надежность установки, а также недостаточная степень очистки сточных вод.
Известна также установка (патент на полезную модель RU 75186, 25.04.2008 г), представляющая собой емкость, содержащую корпус, размещенные в корпусе приемную камеру с подводом сточных вод, аэротенк, вторичный отстойник и стабилизатор активного ила, при этом приемная камера содержит фильтр грубой очистки и средство его обдува, датчики уровня и насос перекачки сточных вод, во вторичном отстойнике размещен жироотделитель и продувка вторичного отстойника, причем приемная камера и аэротенк снабжены аэраторами, подвод воздуха к которым, а также насосам, установленным в приемной камере, аэротенке и вторичном отстойнике осуществляется от, по меньшей мере, двух компрессоров, размещаемых внутри или снаружи корпуса емкости.
Недостатком данной установки является то, что требуется периодическое извлечение и очистка фильтра крупных фракций и главного насоса. Загрязнение фильтра крупных фракций (грубых нечистот) происходит из-за отсутствия продувки в обратной фазе работы установки, а засорение главного насоса происходит по причине отсутствия его продувки. При выходе из строя компрессора, работающего на обеспечение прямой фазы, установка становится полностью неработоспособной, а выход из строя второго компрессора (обратная фаза) никак не сигнализируется, при этом качество очистки из-за отсутствия процессов обратной фазы заметно снижается. При этом возрастает вероятность отмирания активного ила из-за прекращения подачи воздуха в иловую камеру. При несвоевременной регистрации отказа компрессора (обратная фаза), сигнализация которого не обеспечена, необходим перезапуск установки с откачкой отмершего ила.
По причине низкого расположения подводящего патрубка рабочий объем установки значительно сокращается.
Наиболее близким решением предлагаемой полезной модели является установка очистки сточных вод (патент RU 97362 от 27.05.2010 г.), содержащая корпус, в котором находятся разделенные перегородками приемная камера, аэротенк, вторичный отстойник и стабилизатор  ила, а также подключенная к блоку управления и подключенная, по крайней мере, к одному компрессору через электромагнитный клапан система аэрации, состоящая из подсистемы турборежима, подсистемы прямой фазы очистки и подсистемы обратной фазы очистки. Недостатком данной установки является необходимость иметь в составе комплектации стабилизатора напряжения, обеспечивающего нормальную работу электромагнитного клапана и одного компрессора, а как следствие недостаточную надежность при работе в условиях частых перепадов напряжения и отсутствия стабилизаторов напряжения сети.
Установка для очистки воды, согласно предлагаемой полезной модели, позволяет преодолеть указанные недостатки.
Технической задачей является разработка простой в производстве и обслуживании установки обладающей высокой надежностью, при этом улучшить качество очистки сточных вод и исключить вероятность попадания в окружающую среду неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод.
Техническим результатом является создание установки полностью решающей поставленные задачи.
Описание установки для очистки воды иллюстрируется чертежом, представленным на фигуре 1, на котором указаны следующие позиции:
1 - приемная камера;
2 - аэротенк;
3 - вторичный отстойник;
4 - стабилизатор ила;
5 - первичный отсек;
6 - емкость очищенной воды;
7 - успокоитель потока;
8 - фильтр крупных фракций;
9 - насос грязной воды;
10 - насос очищенной воды;
11 - главный насос;
12 - насос аэротенка - циркулятор;
13 - насос аэротенка - рециркулятор;
14 - насос илового стабилизатора;
15 - аэратор приемной камеры;
16 - аэратор аэротенка;
17 - насос вторичного отстойника - жироудалитель;
18 - форсунка продувки вторичного отстойника;
19 - датчик давления;
20 - компрессор; (прямой фазы)
21 - компрессор; (обратной фазы)
22 - обратный клапан; (по количеству компрессоров)
23 - турбораспределитель воздуха;
24 - распределитель воздуха - прямая фаза;
25 - распределитель воздуха - обратная фаза;
26 - воздухопровод главного насоса;
27 - воздухопровод продувки главного насоса;
28 - воздухопровод насоса циркулятора;
29 - воздухопровод аэратора аэротенка;
30 - воздухопровод насоса стабилизатора ила;
31 - воздухопровод аэратора приемной камеры;
32 - воздухопровод продувки фильтра крупных фракций;
33 - воздухопровод рециркулятора;
34 - воздухопровод жироудалителя;
35 - воздухопровод продувки вторичного отстойника;
36 - блок управления;
37 - корпус установки.
Обеспечивающая технический результат установка для очистки сточных вод содержит цельнонесущий корпус 37, снабженный дополнительными ребрами жесткости (на схеме не обозначены), который разделен внутри перегородками на четыре камеры: приемную камеру 1, аэротенк 2, вторичный отстойник 3 и стабилизатор ила 4. Управление режимами работы – прямая и обратная фаза,  осуществляется автоматически с блока управления 36 по сигналам с датчика давления 19. Принцип работы установки основан на биологическом методе очистки сточных вод с задействованием свободно плавающего активного ила и прикрепленной микрофлоры с применением прерывистой аэрации, осуществляемой посредством по меньшей мере двух компрессоров 20 и 21, каждый из которых снабжен обратными клапанами 22.
Воздушные магистрали от компрессоров 20 и 21 помимо подачи воздуха на распределители в соответствии с назначением - прямая или обратная фаза, объединены через обратные клапаны 22 на турбораспределитель воздуха 23. Принцип объединенной воздушной системы заключается в том, что в распределителе воздуха 23, вне зависимости от того, какой из компрессоров находится в работе, всегда присутствует давление воздуха. Тем самым обеспечивается постоянная работа главного насоса 11, продувки главного насоса 27 и насоса аэротенка - циркулятора 12, которые соединены с турбораспределителем воздуха 23 соответствующими воздухопроводами. Обратные клапаны предотвращают подачу воздуха на распределители, которые не задействованы в текущей фазе работы установки.
Распределители воздуха (23, 24 и 25) представляют собой полые корпуса цилиндрической или сферической формы, выполненные из полимерного материала, преимущественно полипропилена и снабженные патрубками подвода сжатого воздуха и, по меньшей мере, тремя разводящими воздух штуцерами, выполненными из коррозионностойкого материала. Штуцер соединяется с корпусом распределителя посредством резьбового соединения с наружной резьбой, другой конец штуцера – посадочное место для воздухопровода,  который выполнен в виде «ёлочки» или «оливки» для возможности обеспечения быстрого и многократного соединения  и снабжен жиклером, выполненным преимущественно из полипропилена или фторопласта, при этом проходное отверстие разного и/или одинакового диаметра, чем достигается разница подаваемых объемов воздуха через воздуховоды (армированные ПВХ или полиуретановые шланги) к тому или иному потребителю в зависимости от технологической потребности. Воздуховоды могут крепиться к штуцерам посредством хомутов, выполненных из коррозионностойкого материала.
Таким образом, турбораспределитель работает постоянно, обеспечивая непрерывную работу главного насоса, продувку главного насоса и циркуляцию ила из аэротенка. Данное техническое решение позволяет:
- значительно увеличить время нахождения установки (до 10 суток) без подачи сточных вод с сохранением высокого уровня активности биоценоза, за счет постоянной циркуляции  ила;
-  за счет постоянной работы главного насоса поддерживается минимальный уровень сточных вод в приемной камере, обеспечивая тем самым возможность приема бо́льших залповых сбросов;
- постоянная работа главного насоса и продувка главного насоса значительно снижает вероятность его засоров.
Система аэрации установки включает три подсистемы: подсистему турборежима, подсистему прямой фазы очистки и подсистему обратной фазы очистки, представляющие собой с одной стороны распределители воздуха, с другой стороны потребители, связанные между собой воздухопроводами. К потребителям относятся аэраторы, эрлифты (насосы), жироудалители, трубопроводы продувки и форсунки.
Подсистема турборежима включает, с одной стороны турбораспределитель 23, связанный воздухопроводом главного насоса 26, воздухопроводом продувки главного насоса 27 и воздухопроводом насоса циркулятора 28, соответственно с главным насосом 11, воздуховодом продувки главного насоса и с насосом аэротенка -циркулятором 12 с другой стороны.
Воздухопровод продувки главного насоса соединяет распределитель 23 и главный насос 11. Конструкция главного насоса представляет собой эрлифт, (три жестко сваренные в ряд между собой трубы, центральная труба имеет больший диаметр, чем трубы по краям). Центральная труба и одна из крайних труб являются эрлифтом, а вторая крайняя труба обеспечивает подачу воздуха под рабочий край эрлифта для отдувки возможного плавающего и осевшего на дно мусора.
Оба воздухопровода 26 и 27 соединены с главным насосом 11, но при этом имеют разное назначение: перекачка воды и отдувка мусора.
Подсистема прямой фазы очистки включает распределитель воздуха 24 с одной стороны, связанный воздухопроводом аэратора аэротенка 29 и воздухопроводом внешней продувки фильтра крупных фракций 32, соответственно с аэратором аэротенка 16 и воздуховодом продувки фильтра крупных фракций 8 с другой стороны.
Воздухопровод внешней продувки фильтра крупных фракций 32, посредством штуцера соединен с воздуховодом отдувки фильтра крупных фракций, представляющим собой полипропиленовую трубу Ø16-20 мм, жестко приваренную с внешней стороны к корпусу фильтра крупных фракций, при этом нижний конец воздуховода выполнен короче корпуса фильтра крупных фракций. При подаче воздуха по воздухопроводу 32 осуществляется отдувка от фильтра плавающих включений, что позволяет избежать засора отверстий.
Подсистема обратной фазы очистки содержит распределитель воздуха 25 с одной стороны и аэратор приемной камеры 15, насос илового стабилизатора 14, насос аэротенка - рециркулятор 13 и насос вторичного отстойника – жироудалитель 17 с другой стороны, связанные между собой воздухопроводами 31 (воздухопровод аэратора приемной камеры), 30 (воздухопровод насоса стабилизатора ила), 33 (воздухопровод рециркулятора ила) и 34 (воздухопровод жироудалителя) соответственно. Кроме того, распределитель 25 соединен воздухопроводом 35 с форсункой продувки вторичного отстойника 18, которая предназначена для создания потока в сторону жироуловителя 17.
Автоматическая работа установки осуществляется блоком управления 36 по сигналам с воздушного датчика давления 19. Преимущество данного решения в четкой установке рабочих и аварийных уровней, а также в высокой надежности и повышенном сроке службы, что отражается на надежности оборудования в целом.
Установка очистки воды может дополнительно содержать емкость очищенной воды 6 с насосом откачки 10, работающим автоматически по сигналу встроенного датчика (на схеме не показан) уровня воды (вариант исполнения с принудительным отводом очищенной воды). Емкость 6 преимущественно размещается рядом с верхней частью вторичного отстойника 3.
Также установка очистки воды может дополнительно содержать капельный биофильтр (на схеме не показан), представляющим собой емкость с перфорированным дном с загрузкой из полимерных материалов, преимущественно MATALA. Подача очищенной воды на биофильтр осуществляется самотеком и распределяется равномерно по поверхности специальным устройством, представляющим собой крестообразный канал с боковыми вырезами на одном уровне (на схеме не показан). Используемая полимерная загрузка имеет разную плотность и соответственно разную удельную площадь поверхности. Помимо обеспечения идеальных условий для развития прикрепленной микрофлоры, участвующей в доочистке сточных вод, биофильтр выполняет функцию обычного фильтра, задерживающего взвешенные вещества и плавающие включения, в том числе исключая проскок ила, возникающий по причине нарушений инструкции по эксплуатации установки.
В качестве дополнительной опции установка может быть укомплектована оборудованием обеззараживания воды, например, УФ лампой, размещаемой в отдельном отсеке внутри корпуса.
Биофильтр и оборудование обеззараживания устанавливаются при необходимости доведения качества очистки сточных вод до нормативов сброса в водоемы.
Установка для очистки сточных вод работает следующим образом.
Сточные воды, преимущественно хозяйственно-бытовые, поступают в приемную камеру 1, где с помощью фильтра 8 отделяются крупные фракции загрязнений (мусор). Приемная камера 1 позволяет принять залповый сброс сточных вод и усреднить их по составу, не нарушая режим работы остальных камер установки. За счет постоянной подачи воздуха на главный насос 11, на продувку главного насоса 27 и на насос аэротенка - циркулятор 12, осуществляется постоянное перекачивание сточных вод в аэротенк 2, а циркуляция ила в аэротенке 2 дает возможность поддержания высокой активности ила в периоды длительного отсутствия поступления стоков на очистку. В зависимости от режима работы, объем перекачиваемых из приемной камеры стоков варьируется: в прямой фазе больший, в обратной меньший. Тем не менее, до момента срабатывания датчика давления 19 на включение прямой фазы, залповый сброс, при наличии такового, частично успевает быть отправленным в аэротенк 2, чем достигается увеличение одномоментного объема сброса сточных вод в установку. В приемной камере 1 начинается биологическая очистка стоков с помощью активного ила, поступающего во время обратной фазы из стабилизатора ила 4, и воздуха, поступающего через аэратор приемной камеры 15 и воздуховод 31. Уровень сточных вод в приемной камере 1 отслеживается с помощью датчика давления 19. Для очистки от загрязнений, забивающих главный насос 11 и фильтр 8, используют продувку через воздухопроводы 27 и 32 соответственно.
Из приемной камеры 1 сточные воды с помощью главного насоса 11 поступают в аэротенк 2, в котором происходит интенсивная биологическая очистка с помощью активного ила. Аэротенк 2 работает в двух режимах, которые задаются блоком управления 36, включая попеременно в работу компрессоры 20 и 21. В первом (прямом) режиме сточные воды интенсивно перемешиваются и насыщаются кислородом воздуха с помощью воздухопровода 29 и аэратора 16. При этом работает распределитель 24 воздуха. В обратном режиме подача воздуха и перемешивание прекращается и осевший ил откачивается в стабилизатор ила 4 с помощью насоса аэротенка - рециркулятора 13 и воздухопровода рециркулятора 33 к нему.
Из аэротенка 2 смесь очищенной воды и активного ила с помощью насоса аэротенка - циркулятора 12 и воздухопровода насоса циркулятора 28 через успокоитель 7 потока подается во вторичный отстойник 3, где происходит осветление воды и осаждение активного ила. Жировая пленка, плавающая на поверхности во вторичном отстойнике 3, удаляется насосом 17 во время обратной фазы при помощи подачи в него воздуха по воздухопроводу 34. Очищенная и осветленная из вторичного отстойника вода отводится самотеком за пределы установки или в емкость 6, откуда дальше откачивается насосом 10 за пределы установки.
Излишки активного ила из аэротенка 2 откачиваются насосом аэротенка - рециркулятором 13 в стабилизатор ила 4. К насосу аэротенка - рециркулятору 13 подается воздух по воздухопроводу рециркулятора 33.
Во время работы обратной фазы воздух подается через воздухопровод 35 к форсунке продувки вторичного отстойника 18, что обеспечивает направление потока жидкости в сторону жироуловителя 17. Также в обратной фазе воздух подается по воздухопроводу 30 в насос илового стабилизатора 14 (возможен вариант с аэратором вместо насоса или с устройством крупнопузырчатой аэрации).
Распределитель 23 воздуха турбофазы работает вне зависимости от того какой из компрессоров работает. Он предназначен для распределения воздуха на насос аэротенка - циркулятор 12 и воздухопровода 28 к нему, на главный насос 11 и воздухопровод 26 к нему, а также продувку 27 главного насоса.
Если сточные воды в установку не поступают, она работает в автономном режиме с  постоянной рециркуляцией воды и водно-иловой смеси. Когда главный насос 11 откачивает воду из приемной камеры 1 до минимально допустимого уровня, блок управления 36 переключает работу установки в режим обратной фазы очистки, включается второй компрессор и вступает в работу распределитель воздуха 25.
Объединенная система распределения воздушных потоков работает следующим образом: в зависимости от уровня воды в приемной камере управляющий сигнал с датчика давления на блоке управления преобразуется в сигнал на включение прямой или обратной фазы. При наполнении сточными водами приемной камеры до заданного уровня, включается прямая фаза. Воздух подается на все компоненты, участвующие в работе прямой фазы и на турбораспределитель с продувкой главного насоса. При этом, проходя обратный клапан, воздух подается только к узлам, задействованным в работе на текущий момент фазы (прямая или обратная фаза и всегда турбораспределитель). Второй обратный клапан препятствует прохождению воздуха к не задействованным узлам при работе данной фазы.  Таким образом, работа объединенной системы обеспечивается наличием обратных клапанов, каждый из которых работает в паре со своим компрессором, при этом подача воздуха на турбораспределитель ведется постоянно, вне зависимости от фазы.
Аварийная ситуация в установке, при наличии таковой, сигнализируется подачей световых сигналов установленной на крышке строб-лампой (на схеме не показана). Питание на нее подается с логического модуля сравнения программируемых и фактических показателей давления в системе с аналогового датчика давления 19. Данный модуль входит в состав блока управления 36. Это техническое решение позволяет фиксировать аварийную ситуацию, обуславливающуюся отсутствием давления в объединенной воздушной системе, возникающим при отказе одного из компрессоров или уже при переполнении приемной камеры. Сигнализация отказа одного из компрессоров, дает возможность устранить неисправность задолго до развития аварийной ситуации, не допустив переполнения приемного резервуара,  а так же не допустить развития в установке анаэробных процессов и отмирание активного ила при отсутствии рециркуляции и перекачивания ила из стабилизатора в приемную камеру, вызванные отказом  компрессора обратной фазы. При этом, имея в запасе свободный объем в приемной камере, существенно не ограничивается водопотребление на канализованном объекте во время ремонта или замены вышедшего из строя оборудования, тем более что главный насос работает постоянно, высвобождая объем для приемки сточных вод.
В тех случаях, когда подача сточных вод в установку производится на уровне ниже середины высоты установки, перед приемной камерой может находиться первичный отсек 5 с погружным насосом 9 для перекачивания неочищенной воды в приемную камеру. Уровень стоков в первичном отсеке 5 контролируется встроенным датчиком уровня. Данный отсек 5 позволяет делать врезку в установку на глубине до 2200 мм.