УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Установка, заявляемая как полезная модель, относится к области биологической очистки сточных вод. Наиболее эффективно полезная модель может быть использована в качестве небольшой установки, предназначаемой для очистки сточных вод отдельно стоящих зданий и коттеджей.
Биологическая очистка сточных вод предполагает использование фильтрующей загрузки, чаще всего, активного ила, который представляет собой смесь различных бактерий и мельчайших микроорганизмов, способных в ходе активационного процесса потреблять в качестве питательных веществ, необходимых для обеспечения жизнедеятельности, органические соединения, содержащиеся в сточных водах. Для протекания активационного процесса требуется непрерывное окисление, которое обеспечивается нагнетанием воздуха в активационный резервуар установки. В процессе очистки часть фильтрующей загрузки перемешивается со сточной водой, особенно при использовании ила во взвешенном состоянии, поэтому возникает необходимость последующего за очисткой разделения фильтрующей загрузки и очищаемой воды. Соответственно, основными конструктивными элементами большинства очистительных установок являются активационный резервуар и отстойник, а также устройства для подачи воздуха в активационный резервуар, насосы для перекачивания воды и ила из одного резервуара в другой.
При эксплуатации небольших установок для соблюдения заданного режима очистки, в том числе, необходимой для очистки
концентрации активного ила, сточные воды, могут подаваться в активационный резервуар из уравнивающего резервуара (приемной камеры). Там же происходит первичное отстаивание сточных вод.
С позиций эксплуатационных характеристик для установок биологической очистки сточных вод, особенно для небольших установок, актуальным является упрощение их конструкции и эксплуатации, а также повышение качества очистки.
Известна установка биологической очистки сточных вод [А.С. 952760, МПК C 02 F 3/00, 1982 г.], включающая активационный резервуар цилиндрической формы с коническим днищем, заполненный фильтрующей загрузкой, а также установленный за активационным резервуаром отстойник (бак-разделитель). В установке предусмотрена система возврата отмытой загрузки в активационный резервуар, а также система рециркуляции воды.
Недостаток такой установки состоит в сравнительно большой занимаемой площади, разветвленной системе трубопроводов. По этой причине она не может быть использована в качестве небольшой очистительной установки. Отсутствие уравнивающего резервуара предполагает работу установки в непрерывном режиме, что также не приемлимо при обслуживании таких объектов, как, например, отдельно стоящие дома и коттеджи.
Известна установка, содержащая зоны активного ила, промежуточного осветления, окончательного аэрирования, дополнительного осаждения, образующиеся за счет разделения единой полости перегородками [патент RU 2121981, МПК C 02 F 3/00, 1998 г.]. При этом полость может представлять укрепленную земляную выемку.
Объемы отдельных зон могут быть изменены и приспособлены к параметрам потока путем смещения перегородок. Например, при недогрузке можно уменьшить зону активного ила, в которой происходит
аэрация, чтобы тем самым воспрепятствовать гибели бактерий. При перегрузке зону активного ила наоборот увеличивают, чтобы тем самым повысить производительность установки.
Однако для того, чтобы отследить необходимое для обеспечения жизнедеятельности бактерий соотношение сточной воды и активного ила при перемещении перегородок требуется введение специальных датчиков, что усложняет конструкцию установки. Для осуществления перемещения перегородок также требуется усложнение конструкции установки.
Для небольших очистительных установок нецелесообразно выполнять полость в виде укрепленной земляной выемки, занимающей к тому же достаточно значительную площадь.
Известна установка для биологической очистки сточных вод, [патент RU 2233247, МПК C 02 F 3/12, 2004 г.], выполненная в виде компактного моноблока, представляющего собой прямоугольную, заглубляемую в землю емкость. Емкость разделена, по крайней мере, на четыре неравных по объему отсеков, выполняющих функции уравнивающего резервуара с подводом сточных вод, активационного резервуара, отстойника и сборного колодца с выпуском очищенной воды. В сборном колодце происходит окончательное отстаивание взвешенных частиц активного ила. Поскольку для отстаивания необходим достаточно продолжительный промежуток времени, объем отстойника и сборного колодца выбирается большим, чем объем активационного резервуара, примерно в три раза. Объем уравнивающего резервуара выбирается несколько меньшим, чем объем активационного резервуара.
Уравнивающий резервуар имеет смежную перегородку, как с активационным резервуаром, так и со сборным колодцем. Такое расположение резервуаров обеспечивает компактность установки.
Отличительной особенностью установки, позволяющей повысить качество очистки, является то, что устройство для подачи воздуха в активационный резервуар выполнено подвижным, например, в виде реактивной газовой турбинки, что обеспечивает создание локальных циркуляции при барботаже сжатого воздуха и интенсификацию окислительного процесса. При этом возможна подача воздуха в активационный резервуар в пульсирующем режиме.
Установка обеспечивает также магнитную обработку стоков
Наличие четырех отсеков также позволяет повысить качество очистки, вплоть до денитрификации стоков.
Однако повышение качества очистки достигается путем усложнения конструкции известной установки, что делает ее весьма дорогостоящей.
Опыт эксплуатации небольших очистительных установок показал достаточность в составе установки, по крайней мере, трех отсеков, выполняющих функции уравнивающего резервуара с подводом сточных вод, активационного резервуара, снабженного средствами для подвода воздуха и отвода воды в отстойник, и отстойника с выпуском очищенной воды.
Известна установка для биологической очистки сточных вод [патент RU 2162062, МПК C 02 F 3/00, 2001 г.]. Установка выполнена в виде компактного моноблока, представляющего собой, в частности прямоугольную, заглубляемую в землю емкость. Емкость разделена перегородками на три отсека, выполняющих функции уравнивающего резервуара с подводом сточных вод, активационного резервуара и отстойника с выпуском очищенной воды.
Уравнивающий резервуар снабжен средствами для подвода сточных вод и насосом, посредством которого очищаемая вода подается в активационный резервуар. Активационный резервуар снабжен
средствами для подвода воздуха - аэрационной трубкой, присоединенной к компрессору аэрации, и отвода воды в отстойник. Отстойник снабжен насосом рециркуляции ила, посредством которого ил после отстаивания перекачивается в активационный резервуар.
Установка также снабжена насосом для перекачивания содержимого активационного резервуара обратно в уравнивающий резервуар в случае, если уровень воды в последнем упадет ниже заданного уровня. Такой прием обеспечивает бесперебойную работу установки при незначительном притоке сточных вод, например, в ночное время, или при полном прекращении их поступления в течение определенного короткого промежутка времени. С этих позиций, как и для предыдущей установки, наблюдается тенденция уменьшения объема уравнивающего резервуара.
В составе установки не предусмотрены какие-либо специальные элементы, функции которых направлены на повышение качества очистки, обеспечивающие, например, барботаж воздуха или механическое перемешивание смеси сточных вод и активного ила.
Задачей полезной модели является получение технического результата, заключающегося в повышении качества очистки без аппаратурных и экономических затрат на достижение этого результата.
Поставленная задача решается в случае, когда установка для биологической очистки сточных вод, выполненная в виде моноблока, представляющего собой прямоугольную, заглубляемую в землю емкость, разделенную перегородками на отсеки, выполняющие функции уравнивающего резервуара, снабженного средствами для подвода сточных вод и последующей их подачи в активационный резервуар, активационного резервуара, снабженного средствами для подвода воздуха и отвода воды в отстойник, и отстойника с выпуском очищенной воды, таким образом, что каждый из резервуаров имеет смежные
перегородки с двумя другими, отличается от известной тем, что перегородки, отделяющие активационный резервуар от отстойника, и уравнивающий резервуар от отстойника имеют площадь и толщину, которые обеспечивают замедление перетекания тепловой энергии от уравнивающего и активационного резервуаров к отстойнику, при этом в качестве материала для изготовления емкости установки для очистки используются листы из вспененного полипропилена.
Поставленная задача решается также в случаях, когда:
- площадь перегородки, отделяющей активационный резервуар от отстойника, и площадь перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от отстойника меньше площади перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от активационного резервуара в 1,5-2,0 раза;
- толщина перегородки, отделяющей активационный резервуар от отстойника, и толщина перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от отстойника больше толщины перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от активационного резервуара в 1,5-3,0 раза.
Эти случаи для решения поставленной задачи могут использоваться как совместно, так и по отдельности.
Известны соотношения [Справочник машиностроителя, том 2, Машгиз, Москва, 1963 г., стр.183, 193], согласно которым количество тепловой энергии, перетекающей через перегородку от более нагретого тела или объема жидкости к менее нагретому телу или объему жидкости прямо пропорционально площади перегородки.
Кроме того, количество тепловой энергии, перетекающей через перегородку, отделяющей указанные тела или объемы жидкости зависит от толщины перегородки.
При равенстве толщины и площади количество тепловой энергии, перетекающей через перегородку, отделяющей указанные тела или объемы жидкости, зависит от материала перегородки.
С учетом того, что в качестве материала для изготовления емкости установки для очистки используются листы из вспененного полипропилена, определены оптимальные соотношения размеров перегородок.
Толщина перегородки, отделяющей активационный резервуар от уравнивающего резервуара, меньше, чем толщина перегородок, отделяющих отстойник от уравнивающего и активационного резервуаров с учетом стандартного ряда толщин листов в 1,5-3,0 раза.
Площадь перегородки, отделяющей активационный резервуар от отстойника, и площадь перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от отстойника меньше площади перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от активационного резервуара в 1,5-2,0 раза. Выход за пределы предложенного интервала в меньшую сторону дает незначительное повышение качества очистки. Выход за пределы предложенного интервала в большую сторону приводит при сохранении объема отстойника к увеличению габаритов установки.
Как уже было отмечено, традиционно объем отстойника всегда больше, чем объем уравнивающего и активационного резервуаров из-за продолжительного времени отстаивания взвешенных частиц ила.
По этой причине вода в отстойнике всегда имеет более низкую температуру, а в холодное время года - гораздо более низкую температуру, чем температура сточных вод, поступающих в уравнивающий резервуар.
Выполнение перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от отстойника, с меньшей площадью и/или большей толщины, чем соответственно площадь и/или толщина перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от активационного резервуара, позволяет уменьшить отток тепла из уравнивающего резервуара и изменить его направленность в сторону активационного резервуара. Выполнение
перегородки, отделяющей активационный резервуар от отстойника, с меньшей площадью и/или большей толщины, чем соответственно площадь и/или толщина перегородки, отделяющей уравнивающий резервуар от активационного, позволяет сохранить тепло активационного резервуара. Если подача сточных вод не прерывается или перерыв в их подаче носит кратковременный характер, указанный тепловой баланс является стабильным.
Учитывая соотношения объемов уравнивающего, активационного резервуаров и отстойника в известных установках [патент RU 2233247, МПК C02F 3/12, 2004 г., патент RU 2162062, МПК C02F 3/00, 2001 г.], а также тенденцию на уменьшение объема уравнивающего резервуара можно сделать вывод о новизне предложенного соотношения площадей перегородок между резервуарами установки.
Также как для известной установки [патент RU 2162062, МПК C02F 3/00, 2001 г.], ограниченная мощность насоса, предназначенного для подачи сточных вод из уравнивающего резервуара в активационный резервуар, помогает достичь условия, когда даже с неравномерной подачей сточных вод в очистительную установку, гидравлическая нагрузка активационного резервуара остается равномерной. Что касается температуры смеси сточных вод и активного ила в активационном резервуаре в зимнее время, то возможен подогрев воздуха, подаваемого в активационный резервуар.
Все отмеченное позволяет в сочетании с предлагаемым соотношением площадей и/или толщины перегородок между резервуарами, создать и сохранить достаточно постоянную температуру содержимого активационного резервуара Последнее важно для жизнедеятельности и размножения бактерий, как и для любого другого представителя биологического вида.
Таким образом, сущность полезной модели заключается в возможности использования тепла сточных вод для интенсификации окислительного процесса в активационном резервуаре, что особенно необходимо при эксплуатации установки в условиях низких температур. Более того, в условиях низких температур, в отсутствие специальных устройств для подогрева, этот прием необходим для элементарного поддержания жизнедеятельности бактерий. Но даже в условиях нормальных средних температур, порядка 10-20°С, повышается качество и равномерность очистки за счет создания в активационном резервуаре условий, приближенных к изотермическим условиям, способствующих наиболее оптимальному режиму активации.
Полезная модель поясняется чертежами:
На фиг.1 схематично изображена установка для биологической очистки сточных вод;
На фиг.2 показан вид установки в плане.
Установка выполнена в виде моноблока, представляющего собой прямоугольную, заглубляемую в землю емкость, изготовленную из листов вспененного поли пропилена и разделенную перегородками на отсеки. Уравнивающий резервуар - отсек 1, снабжен подводом 2 сточных вод и насосом 3 для последующей подачи сточных вод в отсек 4 - активационный резервуар. Активационный резервуар, снабжен аэрационной трубкой 5, подсоединенной к компрессору 6. Трубопровод 7 служит для отвода очищаемой воды в отсек 8 - отстойник с выпуском 9 очищенной воды. Каждый из резервуаров 1, 4, и 8 имеет смежные перегородки 10, 11 и 12 с двумя другими. Установка снабжена также насосом рециркуляции ила 13.
На фиг.2 показан вид установки в плане. Установка в плане имеет форму вытянутого прямоугольника.
С учетом одинаковой высоты резервуаров соотношения площадей перегородок 10, 11 и 12:
10
11
S=1,8S;
10
12
S=1,8S.
Соотношения толщин перегородок 10, 11 и 12:
δ
=2δ
;
11
10
12
10
δ=2δ.
Установка работает следующим образом:
Сточные воды поступают в уравнивающий резервуар 1 через подвод 2. Резервуар 1 служит одновременно для первичного отстаивания сточных вод. Далее сточные воды посредством насоса 3 перекачиваются в активационный резервуар 4, в который нагнетается воздух через аэрационную трубку 5 посредством компрессора 6. После очистки в активационном резервуаре 4 смесь очищенной воды и активного ила подается через трубопровод 7 в отстойник 8. После осаждения взвешенных частиц ила очищенная вода вытекает из очистительной установки. Осажденный ил насосом рециркуляции ила 13 перекачивается обратно в активационный резервуар. При этом избыток ила может складироваться.
Установка, заявляемая как полезная модель, в которой площади перегородок между резервуарами и их толщина выбиралась в соответствии с формулой полезной модели, прошла испытания в течение зимне-весеннего периода. Одновременно в этих же условиях испытывалась известная установка. Результаты показали повышение качества очистки примерно на 20-30%.