БЛОК-МОДУЛЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ СИБИРИ

Полезная модель относится к устройствам для ведения процессов физико-ххимической и биологической очистки сточных вод и переработки выделяемых осадков для подготовки их к обезвоживанию и последующей утилизации и может быть использовано при очистке городских и близких к ним по составу производственных сточных вод, при реконструкции действующих блок-модулей очистки городских сточных вод в Сибири.
Известен способ и устройство для его реализации, по которому неочищенные сточные воды поступают во флотатор, где вместе с избыточным активным илом аэротенков подвергаются флотацонной обработке. Далее флотоконцентрат направляют на анаэробную обработку для обеспечения гидролиза сложных органических соединений, а осветленную сточную воду на аэробную биологическую очистку. Флотоконцентрат, прошедший анаэробную обработку, подвергают обезвоживанию, например, на фильтр-прессах, с последующей утилизацией кека в качестве компонента для получения биогумуса или строительного материала, а фильтрат отводят в аэробный биореактор для биологической очистки совместно со сточными водами [1].
Способ и устройство для его реализации могут быть применены на практике только при строительстве новых комплексов канализационных очистных станций.
Известна конструкция блок-модуля механической и биологической очистки городских сточных вод, реализованная во многих населенных пунктах Ханты-мансийского, Ямало-Ненецкого национальных округов, в районах Тюменской области и т.д. [2].
Известный блок-модуль представляет собой стальной закрытый резервуар диаметром 15-24 м, высотой 12-15 м, со слоем воды 7-9 м, внутри которого размещается на специальной площадке узел механической очистки сточных вод из решеток и песколовок, аэротенк и ьгоричный отстойник для биологической очистки.
При очень коротком периоде возможного строительства на открытом воздухе (3-4 месяца в году) такая конструкция блок-модуля биологической очистки городских сточных вод удобна в реализации, т.к. сделав наружный корпус за 3 летних месяца, можно зимой делать все внутренние работы.
Однако в эксплуатации известный блок-модуль очень неудобен, т.к. обслуживание узла механической очистки приходится осуществлять в атмосфере микробных и вирусных аэрозолей, выделяющихся из иловой смеси аэротенков. Блок-модуль имеет только одну секцию и не имеет емкости для усреднения расходов сточных вод. Процесс очистки сточных вод в нем осуществляется в режиме продленной аэрации, т.е. с низкой интенсивностью и практически неуправляем для возможности удаления биогенных элементов.
Задача полезной модели увеличение управляемости процессом очистки сточных вод по всем ингредиентам состава сточных вод, улучшение экологических условий труда обслуживающего персонала, разделение блок-модуля на две параллельно работающие секции с предварительным усреднением расходов сточных вод, механической и физико-химической очисткой для стабилизации параметров качества очищенной воды, особенно при использовании в населенном пункте общепита с посудомоечной техникой и снижения утраты объемов очистной станции при выведении секций на ремонт.
Поставленная задача решается тем, что внутри уже имеющегося или планируемого к строительству блок-модуля, концентрично с наружной ограждающей стенкой резервуара по центру выделяется объем усреднителя расходов, по величине равный 10% суточной
производительности блок-модуля по очищаемой исходной сточной воде. Пространство внутри блок-модуля между стенкой усреднителя и ограждающей стенкой блок-модуля делится двумя несущими перегородками на два неравновеликих отсека, соотношение объемов отсеков назначается ориентируясь на состав сточных вод соответствующим расчетом. Внутри второго по ходу движения очищаемого стока отсека в каждой секции размещается тонкослойный регенерируемый илоотделитель для обеспечения возврата свободноплавающего активного ила на вход в первый отсек каждой секции. Осветленная в илоотделителях биологически очищенная сточная вода отводится из блок-модуля на дальнейшую доочистку и обеззараживание в другие сооружения очистной станции. Внутри усреднителя размещаются 4 цилиндрических обособленных емкости, по 2 шт на каждую последующие секции биологической очистки сточных вод, работающие поочередно в качестве адсорберов, а затем аэробных минерализаторов. Стоки, прошедшие узел механической очистки, поступают вначале в два адсорбера в течение суток, а затем из них в усреднитель расходов. На следующие сутки 2 адсорбера становятся аэробными минерализаторами, а вторые две емкости становятся адсорберами. Цилиндрические емкости адсорберов - аэробных минерализаторов оснащают ершовой насадкой по всей площади поперечного сечения и высоте емкостей и системой барботеров аэрации под ершовой насадкой, а также двумя трубами, одна из которых опущена до дна емкости, и одной трубой опорожнения емкости от иловой смеси. Блок-модуль снабжается дополнительной лифтовой шахтой с грузовым лифтом для удаления с площадки узла механической очистки сточных вод отбросов, снимаемых с решеток и песколовок, а также системой вентиляторов, колпаков и воздуховодов для отвода отработанного воздуха, блок обеззараживания воздуха и подвода обеззараженного воздуха под колпак площадки обслуживания.
Конструкция блок-модуля биологической очистки городских сточных вод в условиях Сибири поясняется фигурами: Фиг.1. План блок-модуля; Фиг.2. Поперечный разрез блок-г/одуля; Фиг.3. Поперечный разрез аэробного минерализатора, на которых позициями обозначены:
1. Ограждающая боковая стенка блок модуля БОСВ.
2. Дно блок-модуля.
3. Колпак крыши блок-модуля.
4. Боковая стенка усреднителя.
5. Боковая стенка адсорбера-аэробного минерализатора.
6. Кассета с ершовой насадкой.
7. Площадка размещения узла механической очистки сточных вод.
8. Решетка.
9. Песколовка.
10. Ящик для отбросов с решетки на колесах.
11. Контейнер для песка на колесах.
12. Трубопровод подачи стоков после узла механической очистки в адсорбер 5.
13. Трубопровод подвода избыточного активного ила в адсорбер 5.
14. Воздуховоды.
15. Барботеры аэрации.
16. Трубопровод опорожнения адсорбера-аэробного минерализатора 5 от иловой смеси для подачи в цех механического обезвоживания осадков.
17. Несущая перегородка.
18. Перегородка между отсеками одной секции аэротенка.
19. Тонкослойный регенерируемый илоотделитель.
20. Труба отсоса воздуха от колпаков устройств узла механической очистки сточных вод.
21. Колпаки над решетками и песколовками.
22. Колпак над площадкой узла механической очистки сточных вод.
23. Вентилятор отсоса воздуха из под колпаков решеток и песколовок.
24. Вентилятор подачи отработанного в аэротенках воздуха на обеззараживание и далее за пределы блок-модуля и под колпаки узла механической очистки сточных вод.
25. Узел обеззараживания воздуха, подаваемого вентилятором 24.
26. Трубопровод подачи воздуха вентилятором 23 к воздуходувной.
27. Трубопровод исходной сточной воды.
28. Трубопровод биологически очищенной сточной воды.
29. Погружной насос дозирования сточных вод из усреднителя расходов на секции аэротенков для биологической очистки.
30. Трубопровод возвратного активного ила.
31. Лифт для транспортировки отходов от механической очистки сточных вод.
32. Шахта для лифта.
33. Шахта для винтовой лестницы.
Блок-модуль биологической очистки городских сточных вод в условиях Сибири состоит из металлического резервуара с боковой цилиндрической стенкой 1, плоского дна 2 и колпака 3 крыши блок-модуля. Внутри резервуара блок-модуля посредством концентричной с наружной ограждающей стенкой с помощью стенки 4 по центру резервуара выделен объем усреднителя расходов сточных вод. При этом высота стенки 4 на 0,5 м выше уровня воды в аэротенке блок-модуля, на одном уровне с верхом стенки 4 установлена горизонтальная площадка 7, размещения узла механической очистки сточных вод, сообщенная с выходом в шахту 33 для винтовой лестницы и коммуникаций воздуха, сточных вод и осадков сточных вод и выходом в шахту 32 для лифта 31 для транспортирования отходов от узла механической очистки сточных вод.
На площадке 7 смонтированы решетки 8 с ящиком 10 на колесах для накопления отбросов, а также песколовка 9 с контейнером 11 для накопления песка. Контейнер 11 также ьмеет колеса для перемещения контейнера к грузовому лифту 31. Внутри усреднителя установлены на дне 2 четыре адсорбера-аэробных минерализатора, имеющие боковые стенки 5, верх которых находится на 0,3 м ниже верха стенок 4 усреднителя расходов сточных вод.
Внутри адсорберов-аэробных минерализаторов 5 смонтированы кассеты 6 с ершовой насадкой, воздуховоды 14 и барботеры аэрации 15 под кассетами 6. В адсорберы-аэробные
минерализаторы 5 введены трубопроводы 12 подачи стоков после узла механической очистки сточных вод, трубопроводы 13 подвода избыточного активного ила от тонкослойных регенерируемых илоотделителей 19 к дну 2 адсорберов-аэробных минерализаторов и трубопроводы 16 опорожнения адсорберов 5 от иловой смеси после завершения аэробной минерализации в цех механического обезвоживания осадков сточных вод. Решетки 8 и песколовка 9 - источники выделения неприятных запахов из исходной сточной воды помещены под колпаки 21. Из под колпаков 21 выведены вентиляционные трубы 20, сообщенные с вентилятором 23, для отвода неприятного воздуха по трубопроводу 26 к всасу воздуходувок здания воздуходувной.
Над площадкой 7 узла механической очистки сточных вод помещен колпак 22, под который подведен обеззараженный воздух от вентилятора 24, подачи использованного воздуха на узел 25 обеззараживания и далее за пределы блок-модуля и под колпак 22.
Исходная сточная вода введена в блок-модуль по трубопроводу 27, размещенному в шахте 33. Очищенная сточная вода выведена из блок-модуля по трубопроводу 28 биологически очищенной воды также через шахту 33.
Кольцевой объем, размещенный между ограждающей стенкой 1 и стенкой 4 усреднителя, разделен двумя несущими перегородками 17 на две секции двух- отсековых аэротенков. Отсеки разделены между собой не несущими перегородками 18 на два разновеликих резервуара. Второй по ходу движения стоков отсек каждой секции аэротенка снабжен тонкослойным регенерируемым илоотделителем 19. Внутри каждого отсека двух секций аэротенков помещены кассеты 6 с ершовой насадкой и системы барботеров аэрации 15, сообщенные с воздуховодом 14.
Внутри усреднителей расходов смонтирован погружной насос 29 дозирования сточных вод на секции аэротенков и барботеры аэрации 15, сообщенные с воздуховодом 14 от здания воздуходувной, для периодического взмучивания сточных вод внутри усреднителя расходов сточных вод.
Предложенная конструкция в отличии от традиционной работает следующим образом.
Исходная городская сточная вода, поступающая по трубопроводу 27 в блок-модуль 1 биологической очистки городских сточных вод, содержит в своем составе механические примеси, характеризуемые показателем «взвешенные вещества», органические примеси, оцениваемые величиной показателя «БПК», биогенные элементы (азот и фосфор), бактериальные загрязнения (общее микробное число).
В решетках 8 и песколовках 9, размещаемых на специальной площадке 7, и снабженной колпаком 22 происходит выделение из стоков грубых отбросов, не проходящих чрез прозоры решеток 8 размером 3 мм в ящик 10 с колесами и песка из песколовок 9 в контейнер 11 на колесах. Поскольку от решеток и песколовок исходит неприятный запах, то они находятся под колпаками 21, снабженными трубами 20 отсоса воздуха и вентилятором 23 подачи дурнопахнущего воздуха по трубопроводу 26 в воздуходувную на всасы воздуходувок.
После песколовок в сточной воде остаются жидкие примеси в виде неоседающих гелей жира и СПАВ типа «Фэйри», используемых в посудомоечных машинах для растворения жира. Эти примеси нежелательны в аэротенках, т.к. влияют на седиментационные свойства активного ила и приводят к его повышенному выносу из вторичных отстойников а значит неуправляемому качеству очищенной воды. С целью повышения стабильности работы сооружений биологической очистки сточных вод перед подачей на них сточные воды подвергаются в новой конструкции сорбционной очистке в адсорберах 5, расположенных внутри усреднителей, оснащенных кассетами 6 с гидрофобной ершовой насадкой из капроновых волокон. Кассеты 6 с ершами задерживают гели жиров и СПАВ и защищают активный ил аэротенков от этих примесей. Адсорберы 5 размещаются внутри емкости усреднителей 4 расходов сточных вод. Если объем усреднителей 4 расходов составляет 10% суточного притока сточных вод, то удается снизить величину максимального часового расхода стоков, подаваемого погружным насосом 29 на биологическую очистку, до величины не более 5% от суточного расхода сточных вод. Такое выравнивание подачи часового расхода сточных
вод на биологическую очистку благотворно сказывается на стабильности протекания процессов нитри-денитрификации и сокращении прироста избыточного активного ила. Размещение опорожняемого усреднителя 4 расходов внутри емкости блок-модуля 1 защищает сточную воду от переохлаждения, а это способствует ускорению процессов очистки сточных вод и в конечном итоге, к повышению качества очищенной воды без задействования дополнительных сооружений, электроэнергии и оборудования.
Для обеспечения непрерывного выделения из сточных вод гелеобразных примесей и последующего их обезвреживания две секции аэротенков, размещаемые в блок-модуле 1, должны иметь внутри усреднителей 4 расходов четыре емкости адсорберов-аэробных минерализаторов 5, оснащенных кроме кассет 6 с ершами еще и трубопроводами 12 подвода сточных вод, трубопроводами 13 подвода избыточного активного ила и трубопроводами 16 опорожнения адсорберов 5 от стабилизированного осадка сточных вод.
Подаваемый погружным насосом 29 поток усредненного расхода сточных вод с двух сторон несущей перегородки 17 смешивается с двумя потоками возвратного активного ила, поступающими по трубопроводам 30 от тонкослойных регенерируемых илоотделителей 19 с несущими в своем составе не только биомассу активного ила, но и окисленные формы азота (нитриты и нитраты). При подаче в первые отсеки двух секций аэротенков от воздуховодов 14 через барботеры аэрации 15 строго дозируемого количества воздуха, что можно обеспечить автоматически через управляемые электрозадвижки по команде датчиков, растворенного в воде кислорода. Из первого отсека каждой секции аэротенка иловая смесь перетекает через перегородку 18 во второй отсек-отсек нитрификации. Отсек нитрификации также оснащен кассетами 6 с ершовой насадкой и барботерами аэрации 15, сообщенными с воздуховодом 14. Второй отсек обеспечивает глубокую нитрификацию аммонийного азота и минерализацию прирастающей биомассы аэробных микроорганизмов трофической цепью гидробионтов активного ила и хищных организмов, располагающихся на ершовой насадке. Второй отсек каждой секции аэротенка снабжен тонкослойным регенерируемым илоотделителем 19, в
котором полочное пространство не реже одного раза в сутки освобождается от налипших на полки иловых частиц с помощью барботажа воздухом от барботеров аэрации 15, распологаемых под полками. Отводится биологически очищенная сточная вода от второй несущей перегородки 17 по трубопроводу 28 в последующее сооружения доочистки и обеззараживания сточной воды. Воздух, выходящий из секций аэротенков, накапливается вследствие наличия колпака 3 на блок-модуле 1 с помощью вентилятора 24, этот отработанный воздух прокачивается через узел 25 обеззараживания, например, УФ-лучами и выводится за пределы блок-модуля 1 и под колпаки 21 и 22 узла механической очистки сточных вод. Обезвреживание примесей сточной воды, задержанных в адсорберах 5 на кассетах 6 с ершовой насадкой, осуществляется путем отключения их от потока очищаемых сточных вод переводом в работу в качестве аэробных минерализаторов за счет наличия четырех однотипных емкостей по две на каждую секцию аэротенка. Для перевода адсорбера 5 в работу аэробным минерализатором открывается задвижка на трубопроводе 13 подвода избыточного активного ила от тонкослойного регенерационного илоотделителя 19. Избыточный активный ил поднимается от дна 2 адсорбера 5, отстаивается и накапливается на кассетах 6 с ершовой насадкой. При появлении в надиловой воде, вытекающей из адсорбера 5, взвесей активного ила переход к переводу в режим аэробной стабилизации заканчивается. В барботеры 15 аэрации под кассеты 6 с ершовой насадкой аэробных минерализаторов подается воздух и в условиях непрерывного барботажа производится окисление биоценозом активного ила и прикрепленных на ершах микроорганизмов задержанных ершами органических веществ. В период адсорбции и дефицита кислорода имеющиеся на ершах и принесенные потоком сточных вод гидролитические бактерии осуществляют предварительную деструкцию сложных органических веществ, упрощая их структуру и переводя их в более окисляемую форму. В строго аэробных условиях задержанные органические вещества окисляются биоценозом и переходят либо в биомассу прирастающих микроорганизмов, либо в углекислоту и воду, что позволяет направить иловую смесь аэробных минерализаторов по трубопроводу 16, опорожняя их в цех
механического обезвоживания осадков сточных вод. Отбросы в ящиках 10 и песок в контейнерах 11 выводится за пределы блок-модуля 1 через шахту 32 посредством лифта 31. Обслуживающий персонал поднимается на площадку обслуживания 7 внутрь блок-модуля 1 через шахту 33 по винтовой лестнице.
Предложенные конструктивные изменения во внутренних отсеках блок-модуля позволили выполнить поставленные в полезной модели задачи: улучшение экологических условий труда, управляемости процессом очистки сточных вод, стабилизации параметров качества очищенной сточной воды.