КОМПЛЕКТНО-БЛОЧНАЯ МОДУЛЬНАЯ ОЧИСТНАЯ УСТАНОВКА ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к устройствам для очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод, а также ландшафтных сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве сел, поселков, туристских комплексов, баз отдыха, ландшафтных стоков с территорий зверохозяйств, промышленных предприятий, в стоках которых имеется высокое содержание аммонийного азота, недопустимое для выпуска очищенных вод в водоемы рыбохозяйственного значения.
Известно использование для очистки сточных вод нестабильных расходов и составов вышеназванных объектов канализования установок комбинированной (физико-химической, биологической и химической) очистки сточных вод [1], включающих реагентную обработку стоков коагулянтами и флокулянтами, отстаивание, биологическую доочистку в сооружениях естественной биологической очистки (биопрудах) и обеззараживание очищенной воды хлорированием.
Такие установки занимают большую территорию и не гарантируют высокое качество очищенной сточной жидкости во все периоды года.
Большой интерес вызвал способ биологической очистки сточных вод, прошедших физико-химическую очистку от аммонийного азота [2], в котором использованы автотрофные анаэробные микроорганизмы anammox (Anaerobic Ammonia Oxidation), переводящие азот аммонийный и азот нитритов в молекулярный азот.
К сожалению, практически воспользоваться способом при проектировании очистных установок конкретного состава и расходов сточных вод не представляется возможным ввиду отсутствия в названном способе параметров работы отдельных этапов процесса очистки сточных вод. Однако при наличии таких параметров способ может обеспечить существенное снижение объемов очистной установки по технологии [1].
Наиболее близкой по технической сущности, комплектации оборудованием и технологическим операциям при очистке сточных вод заявляемых объектов канализования является «Установка комбинированной очисти сточных вод» [3], включающая фильтрующее самоочищающееся устройство, усреднитель расходов, осветлитель, биореактор доочистки сточных вод, устройство для обеззараживания воды, узел приготовления и дозирования реагентов, приспособления для сжатия воздуха и подачи его в очищаемую воду, устройства для отвода, сгущения, переработки и обеззараживания выделяемых осадков сточных вод.
В известной установке наиболее уязвимыми являются биореактор доочистки и устройство для обеззараживания очищенной воды. Ступень денитрификации в биореакторе доочистки не выполняет своей функции ввиду отсутствия достаточного количества органических веществ в сточной воде, прошедшей ступень нитрификации. А устройство для обеззараживания очищенной воды, заполненное каталитической зернистой загрузкой, работает неэффективно и нуждается в тщательной 1 и длительной регенерации, специальной для каждого вида сточных вод.
Задача полезной модели - упрощение эксплуатации, увеличение эффективности удаления из очищаемой воды примесей, снижение расходования электроэнергии.
Поставленная задача решается за счет того, что в известной конструкции установки комбинированной очистки сточных вод осветлитель для отделения скоагулированных и сфлокулированных примесей выполняется тонкослойным противоточного типа. Биологическая доочистка сточных вод производится в два этапа, но нитрификации подвергается только половина осветленных сточных вод биореакторе с ершовой насадкой с системой непрерывно работающих барботеров аэрации, расположенных под каркасами с ершовой насадкой. Денитрификации подвергается суммарный поток сточных вод, прошедших нитрификацию и подвергшихся только осветлению в тонкослойном отстойнике. Смешивание потоков сточных вод производится в верхней части денитрификатора, заполненного каркасами с ершовой насадкой, за счет водосливов, расположенные в верхней части с двух противоположных ограждающих денитрификатор перегородок, напротив друг друга. Движение суммарного потока сточных вод в денитрификаторе производится сверху вниз сквозь ершовую насадку, заранее снабженную биоценозами в верхней части гетеротрофных денитрифицирующих бактерий, а в средней и нижней части биоценозами автотрофных анаэробных бактерий anammox.
По днищу денитрификатора под всеми каркасами с ершовой насадкой расположена система барботеров аэрации, включаемых периодически по сигналу датчиков гидравлического сопротивления ершовой насадки денитрификатора. Из денитрификатора рассредоточено через перетоки над днищем очищаемый сток перетекает в аэробный отсек, снабженный непрерывно аэрируемой воздухом ершовой насадкой. Прошедший аэробную обработку смешанный поток сточных вод направляется на осветление в фильтр, заполненный зернистой загрузкой из пуролата на базе антрацитовой крошкой, а затем подвергается обеззараживанию облучением ультрафиолетовыми лучами в устройстве непрерывного действия.
Все элементы очистной установки выполняются заводского изготовления и поставляются на место строительства в виде отдельных секций (модулей) комплектно-блочного типа. Регламентируются скорости восходящих и нисходящих потоков сточной воды во всех узлах очистной установки в зависимости от состава исходной сточной воды.
Анализ известных технических решений, относящихся к устройствам для очистки сточных вод, в аналогичной комбинации и их взаимном расположении показал, что технических решений, содержащих ту же совокупность существенных признаков, что и в заявляемой установке, не обнаружено.
Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемая установка соответствует критерию «новизна».
Анализ выявленных отличительных от прототипа существенных признаков показал, такие или сходные с ними признаки в известных технических решениях с такой совокупностью размещения и взаимного расположения не обнаружены, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемая установка соответствует критерию «существенные отличия».
Конструкция комплектно-блочной модульной очистной установки заводского изготовления поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен общий вид одной секции нижних блок-контейнеров, располагаемых на 1 этаже двухэтажной очистной установки заводского изготовления. На Фиг.2 изображен общий вид одной секции трех блок-контейнеров, располагаемых на втором этаже очистной установки заводского изготовления. На Фиг.3 приведена высотная схема движения сточных вод по очистной установке. На Фиг.4 показана схема движения осадков в очистной установке. На Фиг.5 показана схема взаимного расположения секций в комплектно-блочной модульной очистной установке заводского изготовления.
Обозначения на Фиг.1-5.
1. Верхние блок-контейнеры одной из секций комплектно-блочной модульной очистной установки заводского изготовления.
2. УФС.
3. Контейнер отбросов с УФС.
4. Бак приготовления и дозирования коагулянта и соды.
5. Бак приготовления и дозирования флокулянта.
6. Электрический щит.
7. Помещение оператора очистной станции.
8. Лестница.
9. Нижний блок-контейнер для размещения оборудования.
10. Усреднитель расходов сточных вод.
11. Насос.
12. Реакционная колонна в усреднителе 10.
13. Механическая мешалка.
14. Электродвигатель механической мешалки 13.
15. Тонкослойный отстойник.
16. Ершовая насадка.
17. Каркас для фиксации ершовой насадки 16.
18. Делительное устройство.
19. Биореактор доочистки сточных вод.
20. Барботер аэрации сточных вод.
21. Нитрификатор.
22. Водосливы.
23. Трубопровод осветленной воды для подачи ее в анаэробный биореактор 26.
24. Трубопровод осветленной воды для подачи в нитрификатор 21.
25. Трубопровод подачи биологически очищенных сточных вод на доочистку в биореактор 19 доочистки.
26. Анаэробный биореактор.
27. Фильтр доочистки, заполненный зернистым антрацитом (пуролатом).
28. «Пуролат».
29. Колпачковая система трубопроводов подвода промывной воды в виде водовоздушной смеси.
30. Резервуар чистой воды.
31. Воздуходувка рабочая.
32. Воздуходувка резервная.
33. Трубопровод воздуховода.
34. Блок-контейнер для размещения тонкослойного отстойника, биореактора доочистки, нитрификатора и анаэробного биореактора.
35. Донные перепуски из анаэробных биореакторов 26 в биореактор 19 доочистки сточных вод.
36. Перфорированное днище фильтра 27 доочистки.
37. Барботеры аэрации для регенерации фильтра 27 доочистки.
38. Трубопровод подвода сточных вод из биореактора 19 доочистки сточных вод на фильтр 27 доочистки.
39. Трубопровод отвода фильтрованной воды.
40. Устройство УФО (ультрафиолетового обеззараживания) очищенной воды.
41. Нижний блок-контейнер для размещения усреднителя 10 расходов сточных вод.
42. Резервная емкость.
43. Термостат.
44. Трубопровод отвода обеззараженной очищенной воды.
45. Иловая площадка.
46. Трубопровод сообщения резервной емкости 42 с иловой площадкой 45.
47. Вакуум-насос.
48. Воздуховод.
49. Трубопровод, сообщающий пирамидальное днище тонкослойного отстойника 15 посредством насоса 11 с резервной емкостью 42.
50. Поддон для выгрузки осадка из иловой площадки и последующего смешивания с опилками перед загрузкой в вермикомпостер.
51. Вермикомпостер.
52. Пазуха иловой площадки 45 для создания вакуума под фильтрующей перегородкой 53.
53. Фильтрующая перегородка иловой площадки 45 из ткани и поддерживающей сетки.
54. Вентиль системы барботеров регенерации в анаэробных биореакторах 26.
Одна секция комплектно-блочной модульной очистной установки заводского изготовления стоит из 6-ти блок-контейнеров (три верхних и три нижних). Три верхних блок-контейнера - 1 (Фиг.2) содержат устройство фильтрующее самоочищающееся (УФС) - 2, контейнер - 3 отбросов, снимаемых с УФС, вермикомпостер 51 для переработки осадков вермикультурой, бак - 4 приготовления и дозирования коагулянта и соды, бак - 5 приготовления и дозирования флокулянта, электрический щит - 6 электроснабжения очистной установки, комнату - 7 для обслуживающего установку оператора, лестницу - 8 для выхода в нижний блок-контейнер - 9 (Фиг.1), иловую площадку - 45, сообщенную с резервной емкостью - 42 трубопроводом 46 (Фиг.4), вакуум-насос 47 (Фиг.4), поддон - 50 для выгрузки обезвоженного осадка из иловой площадки 45, смешивания его с отсортированными отбросами из бака контейнера - 3 (Фиг.2) и опилками и загрузки этой смеси в вермикомпостер - 51 (Фиг.2, 4), воздуховодом - 48 (Фиг.4) и трубопроводом - 49 (Фиг.4), сообщающимися соответственно насосом - 11 и трубопроводом - 49 с резервной емкостью 42 пирамидального днища тонкослойного отстойника 15 (Фиг.1), вакуум-насоса - 47 (Фиг.4), воздуховодом - 48 с пазухой - 52 иловой площадки - 45 с насосом - 11 для отвода фильтрата от обезвоживания осадка в усреднитель - 10 (Фиг.1), термостат 43, предназначенный для обеззараживания обезвоженных и переработанных в вермикомпостере - 51 осадков прогревом до температуры 80°С перед вывозом осадков на утилизацию. Нижний блок-контейнер - 9 (Фиг.1) включает лестницу - 8 для выхода оператора на второй этаж секции в помещение - 7 (Фиг.2) комплектно-блочной модульной очистной установки заводского изготовления, воздуходувку 31, имеющую резерв в виде агрегата 32, трубопровода - 33 воздухообеспечения нитрификаторов - 21 (Фиг.3) и биореактора 19 доочистки сточных вод, снабженных ершовой насадкой - 16 на каркасах - 17, барботерами - 20 (Фиг.3) аэрации сточной жидкости и барботером - 20 регенерации ершовой насадки - 16 в анаэробном биореакторе - 26 через вентиль (Фиг.3), фильтр 27 для доочистки биологически очищенных сточных вод фильтрованием их через зернистую загрузку из дробленного антрацита (пуролата) - 28 (Фиг.3), оснащенный трубопроводами - 29 (Фиг.3) подвода промывной воды в виде водовоздушной смеси с помощью насоса - 11 из резервуара - 30 (фиг.3) чистой воды с подачей воздуха от рабочей воздуходувки 31 по трубопроводу - 33 (фиг.3) над перфорированным днищем - 36 (Фиг.3), по которому проложены барботеры 37 (Фиг.3) аэрации, трубопроводом - 38 (Фиг.3) подвода сточных вод из биореактора - 19 доочистки сточных вод и трубопроводом - 39 (Фиг.3) отвода отфильтрованной воды в резервуар - 30 чистой воды, устройство - 40 ультрафиолетового обеззараживания очищенной воды с последующим сбросом по трубопроводу 44 (Фиг.3) отвода обеззараженной воды в ближайший поверхностных водоток или на повторное использование на хозяйственные нужды. Нижний блок-контейнер - 41 (Фиг.1, 3) весь отведен под усреднитель 10 расходов сточных вод. Нижний блок-контейнер - 34 оснащен тонкослойным отстойником - 15 с коммуникациями для подвода в него исходного стока из усреднителя - 10 (Фиг.1, 3) расходов сточных вод посредством насоса 11 в колонну - 12 (Фиг.3) с камерой смешения и хлопьеобразования, имеющую механическую мешалку 13, приводящуюся во вращении электродвигателем - 14, а также делительное устройство - 18, обеспечивающее разделение отстоенной воды на два равных потока, один из которых уходит по трубе - 24 в нитрификатор - 21, а другой по трубе 23 в анаэробный биореактор 26, где они равномерно распределяются по объему соответственно нитрификатора - 21 и анаэробного биореактора - 26 посредством водосливов - 22. Из анаэробного биореактора 26 смешанный посредством водосливов 22 нитрификатора 21 и водосливов 22 анаэробного биореактора 26, расположенных напротив друг друга в верхней части ограждающих анаэробный биореактор 26 перегородок блок-контейненера 34, сток, двигаясь сверху вниз через ершовую насадку 16 на каркасах 17, обрабатывается анаэробными микроорганизмами и через донные перепуски 35 перетекает в биореактор 19 доочистки.
Работает комплектно-блочная модульная очистная установка заводского изготовления следующим образом.
Исходная сточная вода поступает в верхние блок-контейнеры на УФС-2, где процеживается через сито с прозорами 1,5…2,0 мм, освобождаясь от крупных механических примесей сточных вод. Крупные примеси сточных вод по наклонному ситу УФС сползают в контейнер 3 отбросов. Процеженная сточная вода стекает самотеком в нижний блок-контейнер 41, снабженный емкостью 10 усреднителя расходов сточных вод. Из усреднителя 10 сточная вода посредством насоса 11 равномерно подается в реакционную колонну 12, расположенную внутри емкости усреднителя 10. В реакционную колонну 12 из бака 4 приготовления и дозирования смеси коагулянта и пищевой соды поступает раствор реагентов, обеспечивающий поддержание величины pH стоков в реакционной колонне 12 на уровне 7,5…8,5 и хлопьеобразование примесей сточных вод. В реакционной колонне 12 смесь стоков и коагулянта перемешивается мешалкой 13, приводимой в движение электродвигателем 14. Из реакционной колонны 12 скоагулированная сточная вода самотеком перетекает в тонкослойный отстойник 15, расположенный в блок-контейнере 34 нижнего этажа очистной установки. В тонкослойном отстойнике скоагулированная сточная вода поступает через систему пазух под полочное пространство, в котором разделяется на осветленную сточную воду и осадок. Осветленная сточная вода собирается в водосборном лотке отстойника и вытекает самотеком в делительное устройство 18, а осадок накапливается в пирамидальном днище тонкослойного отстойника откуда один, два раза в сутки при отключенной подаче сточных вод перекачивается насосом 11 по трубопроводу 49 в резервную емкость 42, расположенную в блок-контейнерах 1 на втором этаже очистной установки. В резервную емкость 42 из бака 5 приготовления и дозирования поступает флокулянт, обеспечивающий кондиционирование осадка сточных вод.
Из резервной емкости 42 скоагулированный и сфлокулированный осадок самотеком поступает, выдавливается столбом воды, отделившейся от осадка в иловую площадку 45 по трубопроводу 46. В иловой площадке 45 осадок фильтрует избыточную воду (фильтрат) через фильтрующую перегородку 53 из ткани и поддерживающей сетки в пазухи 52, откуда воздух и фильтрат с помощью вакуум насоса 47 отводятся соответственно воздух по воздуховоду 48 в атмосферу, а фильтрат в усреднитель 10 расходов сточных вод. Надосадочная вода также сбрасывается из резервной емкости 42 в усреднитель 10 расходов. Обезвоженный осадок из иловой площадки 45 выгружается в поддон 50, где перемешивается с опилками и частью отбросов из контейнера 3 отбросов с УФС. Далее смесь осадка и опилок загружается в вермикомпостер 51, из которого после переработки вермикультурой выгружается в термостат 43, запитанный электричеством от электрощита 6, для прогрева до 80°С и отправки в мешках на утилизацию в виде вермикомпоста.
2
4
2
2
-
+
Сточная вода из делительного устройства 18 разделяется на два равновеликих потока и по трубопроводу 24 один из этих потоков подается в нижнюю часть нитрификатора 21, снабженного ершовой насадкой 16, зафиксированной на каркасах 17 с прикрепленными на волокнах ершей нитрифицирующими микроорганизмами, а также барботерами 20 аэрации сточной воды, сообщенными трубопроводами 33 с рабочей 31 и резервной 32 воздуходувками. В верхней части нитрификатор 21 имеет водоотводящие водосливы 22 на перегородках, разделяющих нитрификатор 21 и анаэробные биореакторы 26. На противоположных стенках блок-контейнера 34 анаэробных биореакторов 26 размещены конструктивно одинаковые водосливы 22, в которые из делительного устройства 18 поступает равномерно по длинам стенок анаэробных биореакторов 26 второй поток сточной воды. Два встречных потока от водосливов 22 смешиваются в верхней части анаэробных биореакторов 26 и движутся вниз сквозь ершовую насадку 16, зафиксированную на каркасах 17, которой оснащены анаэробные биореакторы 26. При этом волокна ершей модифицированы закреплением на их поверхности микрофлорой анаэробных микроорганизмов. При этом верхняя часть ершовой насадки снабжена гетеротрофными анаэробными бактериями, в условиях ограниченного обеспечения органическими веществами осветленных сточных вод, переводящими нитраты в нитриты. А в средней и нижней частях каркасов на ершовой насадке закреплены микроорганизмы anammox, обеспечивающие реакцию NO +NH →N↑+2HO с образованием газообразного азота и воды. По донным перепускам 35 из анаэробных биореакторов 26 сточная вода перетекает в аэробные биореакторы 19 доочистки сточных вод, также снабженные ершовой насадкой 16 на каркасах 17 и барботерами 20, снабжаемыми воздухом посредством воздуховодов 33, из биореактора 19 доочистки сточных вод сточная вода по трубопроводу 38 подводится на фильтр 27 доочистки сточных вод, снабженный зернистой загрузкой пуролата 23 и имеющий перфорированное днище 36 и трубопровод 39 отвода фильтрованной воды, а также колпачковую систему трубопроводов 29 подвода промывной воды в виде водовоздушной смеси из резервуара 30 чистой воды посредством насоса 11 и подсоса воздуха в напорный трубопровод 29 из воздуховода 33. Для периодической регенерации ершовой насадки 16 на каркасах 17 анаэробных биореакторов 26 по днищу анаэробных биореакторов 26 размещены барботеры аэрации 20, снабженные вентилем 54, открываемым только в период регенерации ершовой насадки 16 на каркасах 17 в анаэробных биореакторах 26. При этом регенерационная жидкость отводится посредством насоса 11 в резервную емкость 42.
Обслуживается очистная установка оператором, размещающимся в комнате 7 оператора и перемещающимся с этажа на этаж по лестнице 8. Очищенная в фильтрах 27 доочистки сточных вод вода накапливается в резервуаре 30 чистой воды, откуда отводится через устройство 40 УФО по трубопроводу 44 обеззараженной очищенной воды в поверхностный водоем и на использование на технические нужды.
Достигается поставленная задача гарантированного увеличения эффективности удаления из очищаемой воды примесей за счет исключения возможности проскока аммонийного азота или нитратов с очищенной водой наличием барьера из биореактора аэробной доочистки сточных вод, а взвешенных веществ наличием фильтра доочистки с загрузкой из пуролата. Упрощение эксплуатации достигается исключением сложной системы регенерации фильтрующей загрузки фильтров доочистки, снижение расходования электроэнергии обеспечивается за счет осуществления нитрификации только половины азота аммонийного сточных вод, что уменьшает потребность в воздухе, а, следовательно, в расходовании электроэнергии.
3
Вышеприведенное описание одной секции комплектно-блочной модульнеой очистной установки заводского изготовления ориентировано на очистку от 50 до 200 м/сут сточной воды на секцию. Расход очищенной воды от секции зависит от исходного состава стоков, концентрации в нем примесей, особенно азота аммонийного.
На Фиг.5 изображено возможное комплектование четырьмя секциями очистной установки заводского изготовления.