Отстойник-фильтр

Полезная модель относится к устройствам для очистки сточных, оборотных и природных вод и может быть использована в городских и промышленных очистных сооружениях, в том числе для отделения от воды активного ила и биопленок в системах биологической очистки.
Известна установка для глубокой биологической очистки сточных вод, содержащая два сообщенных между собой биофильтра, каждый из которых выполнен в виде резервуара с загрузкой и опорной решеткой, систему подачи воды и воздуха и трубопровод отвода очищенной воды, при этом биофильтры снабжены установленными в верхних их частях сборными лотками очищенной воды, загрузка биофильтров выполнена из полимерного материала с плотностью меньше плотности воды, опорная решетка расположена над загрузкой и снабжена размещенным над ней удерживающим неподвижным слоем из кускового материала (гравия, щебня) с убывающей снизу вверх крупностью частиц, а система подачи исходной воды и воздуха установлена в нижней части резервуаров под плавающей загрузкой (патент РФ №2021216, МПК C03F 3/04, 3/20, публикация 1994 г.).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность фильтрационной очистки в слое из кускового материала и невозможность его полной отмывки от задержанных взвешенных частиц при промывке сверху вниз в силу отсутствия возможности расширения этого слоя.
Известна установка для очистки сточных вод, содержащая резервуар с расположенными в нем блоками тонкослойных элементов и распределительным устройством, узел подачи исходной сточной воды на вход в отстойник, устройства для сбора и отвода очищенной воды, размещенные в концевой части резервуара, устройство для удаления осадка, при этом установка снабжена вертикальной полупогружной перегородкой и фильтром с плавающей загрузкой, размещенными в концевой части резервуара, устройством для сбора грязной промывной воды, которое размещено под фильтром с плавающей загрузкой и соединено с устройством для отвода грязной промывной воды через погружной насос и напорный трубопровод, а над вертикальной полупогружной перегородкой установлена тележка, прикрепленная к монорельсу (патент РФ №87422, МПК C03F 3/06, публикация 2009 г.)
К недостаткам известной установки относится низкая эффективность очистки от взвешенных веществ, при этом конструкция установки не позволяет производить ее обслуживание, включая замену и дополнительную промывку загрузки, без демонтажа фильтра и устройства для отвода очищенной воды, что затрудняет эксплуатацию, увеличивает эксплуатационные расходы и снижает производительность установки.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство для очистки сточных вод, содержащее резервуар с расположенными в нем отстойником и фильтром, средства подачи исходной сточной воды на вход отстойника, устройство для сбора и отвода очищенной воды, размещенное в верхней части отстойника, систему подачи воздуха и устройство для удаления осадка, при этом фильтр выполнен с плавающей загрузкой, размещен горизонтально непосредственно в верхней проточной зоне отстойника, примыкающей к устройству для сбора очищенной воды, и ограничен с двух сторон вертикальными стенками, образующими над загрузкой фильтра полость, сообщенную с устройством для сбора и отвода очищенной воды, причем над слоем загрузки установлено устройство для периодического отвода грязной промывной воды, а система подачи воздуха содержит аэрирующее устройство, размещенное под загрузкой и подключенное через воздуховод к газодувке, установленной с возможностью периодического включения (патент РФ №29053, МПК C02F 3/06, публикация 2003 г. - ближайший аналог).
В известной установке при промывке фильтра путем подачи воздуха под загрузку часть грязной промывной воды попадает в отводимый поток фильтрата, что увеличивает его загрязненность и снижает эффект очистки сточной воды. Для исключения указанной причины потери эффективности очистки требуется прекратить подачу сточной воды на установку в период промывки загрузки, т.е. перевести установку из непрерывного в периодический режим работы, что влечет потерю производительности, затрудняет эксплуатацию установки и увеличивает эксплуатационные затраты на очистку сточной воды.
При открытом исполнении установки, что типично для радиальных установок (размещение фильтра в радиальном отстойнике с вращающейся фермой), в теплый период года, возможны (обычно имеют место) биообрастания верхней сетки фильтра с развитием на ней водорослей (зеленных и сине-зеленных водорослей), что снижает пропускную способность фильтра (производительность установки), влечет вторичное загрязнение воды с уменьшением эффекта очистки сточных вод и увеличивает эксплуатационные затраты, связанные с периодической очисткой верхней сетки фильтра.
Задачей создания предлагаемой полезной модели является увеличение производительности устройства для очистки сточных вод при сохранении эффекта очистки и снижение эксплуатационных расходов.
Технический результат заключается в повышении эффективности очистки сточных вод и в увеличении производительности процесса очистки.
Достижение технического результата обеспечивает отстойник-фильтр для очистки сточных вод от взвешенных веществ, содержащий отстойник с проточной зоной, впускным устройством, устройством удаления осадка и выпускным устройством, выполненным в виде лотка очищенной воды, фильтр с плавающей гранулированной загрузкой, расположенный горизонтально на опорных конструкциях в верхней части проточной зоны отстойника, примыкающей к выпускному устройству, систему промывки плавающей гранулированной загрузки, состоящую из системы периодической подачи воздуха под загрузку и системы периодического удаления грязной промывной воды, при этом фильтр выполнен составным и включает нескольких фильтрующих модулей, каждый из которых содержит устройство отвода фильтрата в лоток очищенной воды и устройство сбора грязной промывной воды, при том что каждый фильтрующий модуль имеет в плане четырехугольную форму и со всех четырех сторон ограничен непроницаемыми для воды вертикальными стенками, а сверху и снизу - сетками, удерживающими гранулы плавающей загрузки с возможностью ее расширения при промывке.
Фильтрующие модули работают в режиме медленного безнапорного фильтрования в направлении снизу вверх со скоростью фильтрования до 3-6 м/час и потерях напора на плавающей загрузке до 0,1-0,15 м.
Отстойник-фильтр содержит систему автоматического управления промывкой фильтрующих модулей.
Автоматическое включение и выключение режима промывки фильтрующих модулей производится по таймеру
Опорные конструкции, на которых размещены фильтрующие модули, выполнены в виде опорно-ригельной системы, имеющий телескопические наклонные ригели с возможностью перемещения фильтрующих модулей в отстойнике-фильтре по вертикали.
Плавающая гранулированная загрузка выполнена двухслойной и состоит из различных по форме и размеру гранул полиэтилена высокого давления с плотностью 890-950 кг/м, при этом нижний слой образован гранулами эллипсоидной формы диаметром 4,5-7 мм и толщиной 2,5-4 мм, верхний слой образован гранулами округлой формы диаметром 3-5 мм, а отношение высоты нижнего слоя к высоте верхнего слоя составляет от 1:1 до 2:1 при общей высоте слоя загрузки 0,2-0,3 м.
Расстояние между верхней и нижней сетками фильтрующих модулей превышает общую толщину двухслойной плавающей загрузки в 1,8-2,3 раза.
Отстойник-фильтр может иметь цилиндрическую форму, при этом впускное устройство образовано в виде центральной трубы, выпускное устройство представляет собой круговой периферийный лоток очищенной воды, примыкающий к стенке отстойника, устройство удаления осадка выполнено в виде илососов или илоскребов, присоединенных к радиально расположенной ферме, установленной над отстойником с возможностью вращения относительно его центра, фильтр имеет форму кольца, образованного примыкающими друг к другу боковыми стенками фильтрующих модулей, каждый из которых имеет в плане форму равнобедренной трапеции, система периодической подачи воздуха под загрузку состоит из воздуходувки, размещенной в блок-боксе с внутренним обогревом, установленном на радиально расположенной ферме, перфорированной аэрирующей трубы, расположенной радиально с возможностью перемещения под нижними сетками фильтрующих модулей, и воздуховода, соединяющего воздуходувку с перфорированной трубой, а система периодического удаления грязной промывной воды включает насос, размещенный в блок-боксе на радиально расположенной ферме, перфорированную сосунную трубу, расположенную радиально с возможностью перемещения над верхними сетками фильтрующих модулей, всасывающий трубопровод, соединяющий насос с перфорированной сосунной трубой, и напорный трубопровод подачи грязной промывной воды от насоса в центральную зону отстойника.
Устройство отвода фильтрата представляет собой окно в наружной стенке каждого фильтрующего модуля с примыкающим к нему радиальным лотком, сочлененным с круговым лотком очищенной воды, а устройство сбора грязной промывной воды состоит из одной или двух радиальных и одной поперечной фильтрующих перегородок, расположенных вертикально над верхней сеткой с ограничением зоны выхода из загрузки грязной промывной воды и закрепленных на радиально расположенной ферме отстойника.
Фильтрующие перегородки устройства сбора грязной промывной воды выполнены в виде щеток, скользящих по поверхности верней сетки при вращении фермы, с возможностью очистки верхней сетки от биообрастаний, в частности от водорослей.
Система автоматического управления промывкой фильтрующих модулей размещена в электрообогреваемом блок-боксе, расположенном на радиально расположенной ферме.
Отстойник-фильтр может иметь прямоугольную в плане форму, при этом впускное и выпускное устройства расположены с противоположных сторон отстойника, выпускное устройство выполнено в виде лотка очищенной воды, а устройство удаления осадка выполнено в виде одного или нескольких приямков, оборудованных илососами, эрлифтами или погружными насосами, фильтрующие модули имеют в плане прямоугольную форму, система периодической подачи воздуха под загрузку состоит из перфорированных аэрирующих труб, размещенных горизонтально под нижней сеткой по всей площади каждого фильтрующего модуля с интервалом 0,2-0,5 м, и подводящих воздуховодов сжатого воздуха, система периодического удаления грязной промывной воды представлена эрлифтами, всасывающие патрубки которых сообщены с устройством сбора грязной промывной воды каждого фильтрующего модуля.
Каждый фильтрующий модуль имеет устройство отвода фильтрата и устройство сбора грязной промывной воды, которое выполнено в виде единого сборного лотка, примыкающего к боковой стенке каждого фильтрующего модуля и оборудованного на одном конце шибером выпуска фильтрата в лоток очищенной воды, а на другом конце - всасывающим патрубком эрлифта откачки грязной промывной воды с возможностью поочередной работы сборного лотка в режиме приема фильтрата и в режиме приема грязной промывной воды.
Каждый фильтрующий модуль содержит от одного до двух сборных лотков, собирающих поочередно фильтрат и грязную промывную воду с области над верхней сеткой фильтрующего модуля.
На фиг. 1 схематично представлен отстойник-фильтр цилиндрической формы, вид в плане; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 схематично представлен отстойник-фильтр, имеющий прямоугольную в плане форму; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4, на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 4.
Отстойник-фильтр (фиг. 1-3), имеющий цилиндрическую форму, включает цилиндрический резервуар 1 с расположенными в нем водоприемным 2 и водораспределительным 3 стаканами, отстойником 4, круговым лотком 5 очищенной воды и фильтром 6. Фильтр имеет форму кольца, расположенного коаксиально с кольцевым лотком очищенной воды и образованного примыкающими друг к другу боковыми стенками фильтрующими модулями 7, содержащими плавающую гранулированную загрузку 8. Каждый фильтрующий модуль имеет в плане форму равнобедренной трапеции и ограничен со всех четырех сторон непроницаемыми для воды вертикальными стенками 9 (фиг. 3), а сверху и снизу - сетками 10, 11, удерживающими гранулы плавающей загрузки. Кольцевой лоток 5 и фильтрующие модули 7 размещены на опорной конструкции, выполненной в виде опорно-ригельной системы, состоящей из горизонтальных 12 и наклонных 13 ригелей. Наклонные ригели 13 выполнены телескопическими с возможностью перемещения по вертикали горизонтальных ригелей 12 для строгой нивелировки расположения фильтрующих модулей. В наружной стенке каждого фильтрующего модуля имеется окно 14 (фиг. 2) с примыкающим к нему радиальным лотком 15, сочлененным с круговым лотком 5 очищенной воды. Отстойник-фильтр содержит ферму 16 (фиг. 1), расположенную радиально с опорами 17 в центре и на стенке отстойника 4 с возможностью вращения относительно центра отстойника. На ферме 16 в электрообогреваемых блок-боксах 18 размещены воздуходувка 19 и насос 20, а снизу к ферме прикреплены илососы или илоскребы (не показаны). Воздуходувка 19 через воздуховод 21 соединена с перфорированной аэрирующей трубой 22, расположенной радиально с возможностью перемещения под нижними сетками 11 фильтрующих модулей 7. Насос 20 через всасывающий трубопровод 23 соединен с перфорированной сосунной трубой 24, расположенной радиально с возможностью перемещения над верхней сеткой 10 фильтрующих модулей 7. Напорный трубопровод 25 подачи грязной промывной воды от насоса 20 в водораспределительный стакан 3 размещен радиально на ферме 16. К ферме прикреплены вертикальные фильтрующие перегородки 26, выполненные в виде щеток, скользящих по поверхности верхних сеток 10 фильтрующих модулей 7 при вращении фермы 16.
Отстойник-фильтр, имеющий прямоугольную в плане форму (фиг. 4-6), включает прямоугольный резервуар 27 с расположенными в нем отстойником 28 и фильтром 29. Отстойник 28 содержит окна 30 для впуска сточной воды, водораспределительное устройство в виде полупогружной перегородки 31, приямки 32 (один или несколько), оборудованные эрлифтами 33, или илососами, или погружными насосами откачки образующегося осадка, а также лоток очищенной воды 34. Фильтр 29 включает 2 или более фильтрующих модуля 35, имеющих в плане прямоугольную форму и содержащих плавающую гранулированную загрузку 36. Каждый фильтрующий модуль ограничен со всех 4-х сторон водонепроницаемыми вертикальными стенками 37, а сверху и снизу - сетками 38, 39, удерживающими плавающую гранулированную загрузку 36 внутри фильтрующего модуля 35. К боковой стенке каждого фильтрующего модуля примыкает сборный лоток 40, оборудованный со стороны лотка очищенной воды 34 шибером 41 выпуска фильтрата в лоток очищенной воды, а с противоположной стороны - всасывающим патрубком 42 эрлифта 43 откачки грязной промывной входы на вход отстойника 28. Под нижней сеткой 39 каждого фильтрующего модуля 35 размещены горизонтально по всей его площади с интервалом 0,2-0,5 м перфорированные аэрирующие трубы 44, соединенные с воздуховодами 45 сжатого воздуха.
Отстойник-фильтр работает следующим образом.
В варианте исполнения резервуара цилиндрической формы (фиг. 1-3) исходная вода поступает в центральный водоприемный стакан и далее через водораспределительный стакан заполняет весь объем отстойника, в котором происходит отстаивание примесей. Слив воды из отстойника-фильтра происходит через расположенный по его периметру круговой лоток 5, причем перед ним осветленная в отстойнике 4 вода проходит через состоящей из ряда фильтрующих модулей 7 фильтр 6 с плавающей гранулированной загрузкой 8.
Фильтр работает в режиме медленного безнапорного фильтрования в направлении снизу вверх со скоростью до 3-6 м/час и потерях напора на плавающей загрузке до 0,10-0,15 м вод. ст.
Для осуществления периодической промывки плавающей загрузки включаются воздуходувка 19 и насос 20, расположенные на вращающейся ферме 16. В период промывки загрузки подача сточной воды на отстойник-фильтр не прекращается; в каждый текущий момент времени промывке подвергается только один фильтрующий модуль, а остальные фильтрующие модули продолжают работать в режиме фильтрования. При одном полном обороте фермы последовательно промываются все фильтрующие модули. При включении воздуходувки воздух, поступающий через перфорированную аэрирующую трубу 22, вызывает расширение и перемешивание плавающей гранулированной загрузки. Возникающие при аэрации эрлифтные потоки промывают загрузку с выносом задержанных в ней частиц в слои воды над загрузкой и под загрузкой. Взвешенные частицы, выносимые в слой воды над загрузкой, локализуются в зоне промываемого в данный момент фильтрующего модуля с помощью фильтрующих перегородок - щеток 26 и через сосунную трубу 24 насосом 20 отводятся по напорному трубопроводу 25 в потоке грязной промывной воды на вход отстойника-фильтра в водораспределительный стакан 3. Из слоя воды под загрузкой взвешенные частицы оседают в осадочную зону отстойника, откуда в составе осадка удаляются илососами или илоскребами.
В варианте исполнения резервуара прямоугольной в плане формы (фиг. 4-6) исходная вода через окна 30 подается на вход отстойника 28. Осветленная в отстойнике вода поступает на фильтр 29 и фильтруется через загрузку 36 в направлении снизу вверх. Очищенная вода (фильтрат) из полости над загрузкой отводится в сборный лоток 40. В режиме очистки шибер 41 открыт, воздух на перфорированные аэрирующие трубы 44 и эрлифты 43 не подается, фильтрат от всех фильтрующих модулей 35 из сборных лотков 40 через шиберы 41 поступает в лоток очищенной воды 34, откуда выводится из отстойника-фильтра. Промывка фильтрующих модулей производится поочередно, при этом все фильтрующие модули, кроме одного, выведенного на промывку, продолжают работать в режиме очистки. Вывод фильтрующего модуля на промывку осуществляется закрытием шибера 41 и включением подачи сжатого воздуха на перфорированные аэрирующие трубы 44 и эрлифты 43 откачки грязной промывной воды. Аэрация загрузки приводит ее в псевдожиженное состояние за счет возникающих циркуляционных потоков воды. Накопленные в загрузке взвешенные вещества выносятся в слой воды над загрузкой, откуда откачиваются эрлифтами 43, и в слой воды под загрузкой, откуда оседают в приямки 32 и откачиваются эрлифтами 33. После заданного периода времени подача сжатого воздуха на перфорированные аэрирующие трубы 44 прекращается, а затем останавливается подача сжатого воздуха на эрлифт 43 и открывается шибер 41, при этом фильтрующий модуль возвращается в режим очистки.
В обоих вариантах исполнения резервуара плавающая гранулированная загрузка фильтрующих модулей выполнена двухслойной и состоит из различных по форме и размеру гранул полиэтилена высокого давления с плотностью 890-950 кг/м, при этом нижний слой образован гранулами эллипсоидной формы диаметром 4,5-7 мм и толщиной 2,5-4 мм, верхний слой образован гранулами округлой формы диаметром 3-5 мм, а отношение высоты нижнего слоя к высоте верхнего слоя составляет от 1:1 до 2:1 при общей высоте слоя загрузки 0,2-0,3 м.
Нижний слой, с более крупными гранулами, задерживает более крупные взвешенные частицы, а более мелкая взвесь поступает в верхний слой, где задерживается более мелкими гранулами загрузки. Благодаря эллипсоидной форме гранул нижнего слоя они быстро псевдоожижаются при включении аэрации и интенсивно перемешиваются, непрерывно поворачиваясь в турбулентном потоке. После отключения аэрации эллипсоидные гранулы сразу устанавливаются горизонтально (по длинной оси эллипса) и всплывают медленнее, чем гранулы округлой формы. В результате после промывки загрузки верхний слой фильтра занимают, преимущественно, гранулы округлой формы, а нижний слой - эллипсоидные гранулы, т.е. двухслойность загрузки фильтра восстанавливается.
Исполнение фильтра из нескольких фильтрующих модулей, каждый из которых содержит устройство отвода фильтрата в лоток очищенной воды и устройство сбора грязной промывной, позволяет работать отстойнику-фильтру в непрерывном режиме подачи сточной воды без потери эффективности очистки, т.е. обеспечивают увеличение производительности и эффективности.
Щетки устройства сбора грязной промывной воды (ГПВ) предотвращают попадание взвешенных веществ ГПВ в поток фильтрата, обеспечивают механическую очистку верхней сетки фильтра от биообрастаний (водорослей).