УСТРОЙСТВО ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к устройствам для биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора.
Известно устройство для биологической сточных вод с высоким содержанием органических загрязнений, содержащее бассейн, имеющий расположенные последовательно в направлении основного потока воды зону смешения и подкисления, зону сильного загрязнения для анаэробного разложения воды с образованием метана, оснащенную устройством для рециркуляции активного ила, зону слабого загрязнения для последующего анаэробного разложения жидкости с образованием метана и зону вторичного осветления, оснащенную отводящим устройством для рециркуляции ила, при этом зона смешения и подкисления, зона сильного загрязнения, зона слабого загрязнения и зона вторичного осветления отделены друг от друга перегородками, а зона сильного загрязнения и зона слабого загрязнения сверху закрыты газонепроницаемой пленкой (патент РФ №2208596, МПК C 02 F 3/30, публикация 2003 г.).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность очистки сточных вод от соединений азота и фосфора.
Известна установка для глубокой биологической очистки сточных вод, содержащая установленные последовательно анаэробный биореактор, аэробный биореактор, отстойник, снабженный эрдифтом с трубопроводом рециркуляции активного ила, биореактор доочистки с загрузкой для прикрепленной микрофлоры и камеру обеззараживания. Анаэробный биореактор выполнен с пирамидальным дном для сбора осадка и с
центральной, не доходящей до дна, перегородкой, образующей камеру биосорбции, по периферии которой размещена загрузка для прикрепленной микрофлоры. Камера биосорбции снабжена в нижней части аэратором. Трубопровод рециркуляции активного ила соединен с камерой биосорбции и с аэробным биореактором. В качестве загрузки для прикрепленной микрофлоры в анаэробном биореакторе и в биореакторе доочистки используют мелкопористый полимерный материал (патент РФ №2220918, МПК C 02 F 3/30, публикация 2004 г.).
К недостаткам известного устройства можно отнести повышенный риск забивания загрузки анаэробного реактора осадком в силу его биофлотации и выноса из осадочной зоны.
Известно устройство для биохимической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод от органических, азотсодержащих и фосфорсодержащих веществ, содержащее камеру гашения напора воды, усреднитель потока воды, денитрификатор с загрузкой, аэротенки первой и второй ступени, отстойник, фильтр с загрузкой, причем камера гашения напора воды расположена в усреднителе потока воды, выполненном в виде анаэробного реактора, связанного посредством регулируемого обратного перетока через первую перегородку с денитрификатором, связанным через регулируемый прямой второй переток во второй перегородке с аэротенком первой ступени, который, в свою очередь, связан через прямой третий переток в третьей перегородке с аэротенком второй ступени, выполненном в виде нитрификатора с загрузкой, связанного посредством прямого четвертого перетока в четвертой перегородке с отстойником, который связан через пятый прямой переток в пятой перегородке с фильтром, при этом аэротенк первой ступени и нитрификатор оборудованы системой аэрации, усреднитель потока воды, денитрификатор и отстойник оборудованы системами гидравлического перемешивания и рециркуляции
с насосами, загрузка денитрификатора и нитрификатора выполнена в виде кассет, а загрузка фильтра выполнена плавающей (патент РФ №2225367, МПК C 02 F 3/30, публикация 2004 г.).
Недостатком известного устройства является длительность процесса очистки сточных вод и невысокая его интенсивность.
Задачей создания предложенной полезной модели является разработка устройства, позволяющего интенсифицировать процесс биологической очистки сточных вод, повысить надежность и эффективность очистки сточных вод с различным содержанием органических загрязнений.
Сущность заявленной полезной модели заключается в следующем.
Устройство для биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора включает трубопровод подвода сточных вод, аэротенк коридорного типа с образованными по длине аэротенка, по меньшей мере, по одной анаэробной, аноксидной и аэробной зонами, разделенными между собой поперечными перегородками с окнами, а также трубопровод рециркуляции возвратного ила. В образованных в аэротенке зонах установлены аэраторы, сообщенные воздуховодом с источником подачи воздуха. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка размещена загрузка для иммобилизации микроорганизмов. Загрузка для иммобилизации микроорганизмов выполнена в виде блоков плоскостной загрузки, образованных из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м. В анаэробной и аноксидной зонах установлены придонные перфорированные аэраторы для создания в зонах крупнопузырчатой аэрации иловой смеси, а аэробной зоне установлены придонные пористые аэраторы для создания в зоне мелкопузырчатой аэрации иловой смеси.
Листы блоков плоскостной загрузки изготовлены из стойкого полимерного материала.
2
3
Блоки плоскостной загрузки выполнены с удельной поверхностью 40-150 м/м.
Аэробная зона оборудована эрлифтом, соединенным трубопроводом с аноксидной зоной.
Перфорированные аэраторы в анаэробной и аноксидной зонах, и пористые аэраторы в аэробной зоне, объединены соответственно в аэрирующие модули, каждый из которых выполнен в виде сообщенного с источником подачи воздуха воздуховода и подсоединенных к нему перфорированных или пористых аэраторов.
Пористый аэратор выполнен в виде трубы, образованной из стеклоткани, пропитанной композицией из термореактивных смол с последующей ее полимеризацией для образования по всей толщине стенки трубы упорядоченной микропористой структуры с заданным расстоянием между порами.
Перфорированный аэратор выполнен в виде образованной из стеклоткани трубы с диаметром отверстий перфорации не менее 3 мм.
Аэробная зона может быть оборудована эрлифтом, соединенным трубопроводом с аноксидной зоной.
Количество и порядок расположения отдельных зон по всей длине аэротенка можно варьировать в зависимости от конкретных свойств подаваемых на очистку сточных вод.
В частном варианте исполнения устройства в аэротенке последовательно расположены анаэробная, аноксидная и аэробная зоны, а вход анаэробной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
В другом частном варианте исполнения устройства в аэротенке последовательно расположены первая аноксидная зона, анаэробная зона,
первая аэробная зона, вторая аноксидная зона и вторая аэробная зона, при этом входы аноксидных и аэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, а вход первой аноксидной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
В другом частном варианте исполнения устройства в аэротенке последовательно расположены первая аэробная зона, аноксидная зона, анаэробная зона и вторая аэробная зона, при этом входы первой аэробной, аноксидной и анаэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, а вход первой аэробной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
Еще в одном частном варианте исполнения устройства в аэротенке последовательно расположены первая аноксидная зона, анаэробная зона, вторая аноксидная зона, первая аэробная зона, вторая аэробная зона, при этом входы аноксидных и анаэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, выход первой аэробной зоны сообщен посредством эрлифта со входом второй аноксидной зоны, а вход первой аноксидной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
Дополнительно в последней зоне аэротенка (аэробной зоне) могут быть размещены блоки плоскостной загрузки, образованные из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м, и установлены придонные перфорированные аэраторы для создания крупнопузырчатой аэрации иловой смеси.
Предложенное устройство поясняется технологическими схемами очистки сточных вод, представленными на фиг.1-4.
Устройство включает трубопровод 1 подачи сточной воды, аэротенк коридорного типа 2, содержащий анаэробную 3, аноксидную 4 и аэробную 5. В анаэробной 3 и аноксидной 4 зонах размещены блоки плоскостной загрузки 6, выполненные в виде вертикально расположенных
чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м из стойкого полимерного материала.
В анаэробной и аноксидной зонах размещены придонные перфорированные аэраторы 7, располагаемые в стороне от проекции блоков плоскостной загрузки на дно аэротенка, а в аэробной зоне размещены придонные пористые аэраторы 8. Воздух к аэраторам подводится по трубопроводу 9. В аэробной зоне 5 установлен эрлифт 10, сообщенный трубопроводом 11 с аноксидной зоной 4. После аэротенка размещен вторичный отстойник 12, активный ил из которого рециркулируют посредством трубопровода 13.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Сточная вода по трубопроводу 1 поступает в аэротенк и проходит в заданной последовательности анаэробную 3, аноксидную 4 и аэробную 5 зоны.
Количество, размеры и порядок расположения зон можно варьировать и адаптировать к конкретному процессу очистки сточных вод.
Бескислородные условия в анаэробной и аноксидной зонах создают путем осуществления перемешивания воздухом, подаваемым перфорированными аэраторами, и организации в этих зонах циркуляционного потока иловой смеси, при этом поток иловой смеси проходит через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/сек.
Расположение блоков плоскостной загрузки 6, выполненных в виде вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м из полимерного материала, и назначенная скорость циркуляции через них иловой смеси, обеспечивают оптимальный гидродинамический режим для развития и функционирования биопленки.
Проходя сверху вниз через блоки плоскостной загрузки, иловая смесь быстро теряет остаточный кислород и нитраты. В результате, не
только в биопленке, но и в объеме между элементами загрузки создаются анаэробные условия с высоким содержанием ацетата. Это стимулирует развитие фосфорных бактерий, которые в анаэробных условиях быстро поглощают ацетат и синтезируют из него внутриклеточный РНВ (поли-β-гидроксибутират), используя для этого энергию гидролиза клеточных полифосфатов до ортофосфатов (ортофосфаты выделяются фосфорными бактериями в среду, т.е. идет вторичное загрязнение сточной воды фосфатами).
3
2
В аноксидной и анаэробной зонах за счет низкоинтенсивной (минимально допустимая интенсивность аэрации, при которой активный ил поддерживается во взвешенном состоянии находится в пределах 2-2,5 м/час воздуха на 1 м площади поверхности аэротенка) крупнопузырчатой (диаметр пузырей воздуха больше 6-8 мм) аэрации пористыми аэраторами создаются практически бескислородные условия (концентрация растворенного кислорода всего 0,05 мг/л). Во всем объеме зоне протекает денитрификация (биовосстановление нитратов до молекулярного азота) активным илом. Кроме того, интенсивно идет денитрификация в поверхностном слое биопленки, куда проникают нитраты. В глубине биопленки создаются анаэробные условия и интенсивно протекает кислотное сбраживание органических веществ с образованием, главным образом, ацетата.
Размещение в аноксидной и анаэробной зонах блоков плоскостной загрузки, изготовленных из чередующихся плоских и гофрированных листов из стойкого полимерного материала, позволяет интенсифицировать и стабилизировать процесс биологической очистки за счет увеличения общей концентрации биомассы (активного ила и биопленок) и более высокой устойчивости микроорганизмов биопленок к колебаниям расхода и загрязненности сточных вод.
Плоскостная загрузка позволяет создать анаэробные условия (нет кислорода и нитратов) даже при аэрации иловой смеси перфорированными аэраторами, т.е. без применения дорогостоящих мещалок. Кроме того, создаются условия для развития на поверхности загрузки специфического микробного ценоза, что увеличивается скорость денитрификации и биологической дефосфотации.
Попадая затем с потоком иловой смеси в аэробную зону аэротенка фосфорные бактерии быстро потребляют из сточной воды фосфаты, которыми запасаются внутри клеток в виде полифосфатов (этим и достигается дополнительная очистка сточной воды от фосфатов). Одновременно идет аэробный рост и размножение фосфорных бактерий, синтезирующих биомассу с использованием в качестве источника углерода РНВ, накопленного в анаэробных условиях.
Используемые для осуществления способа очистки сточных вод пористые аэраторы «Креал», размещаемые в аэробной зоне, описаны в патенте на ПМ №32487. Пористый аэратор выполняется в виде трубы, образованной из стеклоткани, пропитанной композицией из термореактивных смол с последующей ее полимеризацией и имеющей упорядоченную микропористую структуру с заданным расстоянием между порами. Пористые аэраторы создают мелкопузырчатую (диаметр пузырей воздуха не превышает 4 мм) аэрацию с высокой эффективностью массопередачи кислорода из воздуха в воду, что обеспечивает необходимое насыщение воды кислородом (интенсивность аэрации, создаваемой в аэробной зоне придонными пористыми аэраторами обеспечивает концентрацию растворенного кислорода в аэробной зоне не менее 2 мг/л).
Перфорированные аэраторы используются как перемешивающие устройства для поддержания активного ила во взвешенном состоянии и для создания аноксидной и анаэробной зон, необходимых для удаления
3
2
2
нитратов в процессе денитрификации. Они изготавливаются из тех же материалов и имеют те же размеры, что и пористые трубчатые аэраторы, но стенки перфорированных аэраторов непроницаемы для воздуха и содержат отверстия диаметром не менее 3 мм. Эффективность массопередачи кислорода в 3-3,5 раза ниже, чем для пористых аэраторов. При низкой интенсивности аэрации (2-2,5 м/ч воздуха на 1 м площади поверхности аэротенка) это позволяет создавать практически бескислородные условия (С0<0,05 мгO/л), необходимые для реализации эффективной очистки от азота и фосфора.
3
2
Размещение аэраторов производится в составе аэрирующих модулей, которые располагаются в несколько рядов с интервалом до 1,1 м, образуя широкую аэрируемую полосу, отвечающую ширине аэрируемого сооружения, что дополнительно повышает эффективность использования кислорода аэрирующего воздуха и позволяет поддерживать активный ил во взвешенном состоянии даже при низкой интенсивности аэрации (до 2-2,5 м/ч воздуха на 1 м площади поверхности аэротенка).
Использование эффективных аэраторов с широкой аэрирующей полосой в аэробной зоне ведет к увеличению скорости биоокисления органических веществ и аммонийного азота вследствие повышения концентрации растворенного кислорода, а за счет рассредоточенной подачи сточной воды происходит увеличение дозы активного ила.
Образованная таким образом система аэрации делает возможным создание в аэротенке аэробных, аноксидных и анаэробных зон с помощью двух типов аэраторов «Креал» и различной интенсивности аэрации.
На этой основе разработаны и внедряются технологии очистки сточных вод от азота и фосфора (технологии нитриденитрификации и биологической дефосфотации) при одновременном сокращении расхода воздуха на аэрацию.
Преимуществом предложенного устройства является интенсификация процесса биологической очистки сточных вод, повышение эффективности очистки и сокращение сроков проведения очистки сточных вод.