УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области экологии и охраны окружающей среды, а именно к устройствам для очистки сточных вод, и может быть использована как в стационарных, так и в автономных объектах при сбросе сточных вод в зоны санитарной охраны водных объектов, где предъявляются наиболее жесткие требования к качеству сбрасываемой очищенной воды.
Установки могут быть стационарными или мобильными, например, судовыми. Мобильные судовые установки, кроме традиционных требований по организации процесса глубокой очистки сточных вод, должны соответствовать условиям автономности и переносить качку судов. Условие, при котором возникает качка, может быть выполнено в закрытых емкостях, оснащенных устройствами для предотвращения выплескивания воды. Обычные открытые отстойники и аэротенки в такой ситуации непригодны для применения.
Малогабаритные установки для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от автономных объектов могут находиться в самых различных условиях, которые будут определять требования к качеству сбрасываемой очищенной воды. Наиболее жесткие требования предъявляются при сбросе очищенной сточной воды в зоны санитарной охраны водных объектов.
Из уровня техники известны следующие решения для очистки сточных вод на мобильных судовых установках.
Известна малогабаритная мобильная установка для очистки сточных вод, включающая гидравлически последовательно соединенные отстойник-усреднитель, анаэробный блок, аноксидный блок, оксидный блок, блок мембранной фильтрации, а также вспомогательное оборудование. При этом отстойник-усреднитель содержит устройство приема исходной, сточной воды; анаэробный блок выполнен с возможностью подачи в него возвратного активного ила вместе со сточной водой из оксидного блока; оксидный блок выполнен с возможностью подачи в него возвратного ила из мембранного блока и снабжен аэрирующим устройством; а блок мембранной фильтрации снабжен аэрирующим устройством и вакуумным устройством отвода очищенной воды на сброс (патент РФ №2537611, опубликован 14.08.2012).
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является установка для очистки сточных вод «Био-Мастер» (http://www.labko.ru/biologicheskaya-ochistka-bytovyh-stochnyh-vod/stancii-biologicheskoy-ochistki-biomaster/, дата размещения информации 05.11.2016) располагаемая в круглых пластмассовых емкостях и включающая аэрируемый отстойник, где осуществляется осаждение взвеси, насыщение воздухом и первичная биоочистка, биофильтр, где вода проходит вторую ступень очистки, вторичный отстойник, блок химической доочистки и дезинфекции, блок микрофильтрации. Система также укомплектована средствами рециркуляции активного ила и принудительной аэрации.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в том, что в мобильных судовых установках, кроме традиционных требований по организации процесса глубокой очистки сточных вод, должны соответствовать условиям автономности, компактности и переносить качку судов. Условие, при котором возникает качка, может быть выполнено в закрытых емкостях оснащенных устройствами для предотвращения выплескивания воды. Обычные открытые отстойники и аэротенки в такой ситуации непригодны для применения.
Техническим результатом патентуемого решения является возможность поддержания высокого качества очистки воды. Одновременно достигается возможность регулирования зольности активного ила, образующегося в результате очистки, и усиления осаждаемости в пределах одного отстойника, что существенно снижает затраты на последующее обезвоживание осадка и получение кека, что обеспечивает безотходный процесс.
2
4
3
2
4
3
3
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции устройства для очистки сточных вод, содержащего соединенные последовательно, в порядке протекания основной массы жидкости, трубопровод для подачи сточных вод, решетку, песколовку, отсек первичной очистки, анаэробно-аноксидный отсек, отсек биологической очистки, отсек тонкой микрофильтрации, установку ультрафиолетового обеззараживания воды и трубопровод вывода очищенной воды, при этом отсек первичной очистки имеет входной патрубок для подачи реагентов (Al(SO), Fe(SO) или FeCl) перед флотатором, выполненным в виде флотационной колонны, после которого размещен микрофильтр грубой очисти, с подведенным трубопроводом подачи воздуха из воздуходувки и трубопровод вывода осадка, выполненный с возможностью подачи осадка в резервуар, на дне которого размещен насос осадка, выполненный с возможностью откачки осадка из микрофильтра грубой очистки и из анаэробно-аноксидного отсека, анаэробно-аноксидный отсек содержит насосы, выполненные с возможностью закачки воды из микрофильтра грубой очистки, перемешивания иловой смеси и вывода осадка в резервуар осадка и воды в отсек биологической очистки, отсек биологической очистки включает аэраторы и выполнен с возможностью подачи активного ила (в анаэробно-аноксидный отсек) и воды в отсек тонкой фильтрации, включающий аэраторы и патрубок вывода активного ила в анаэробно-аноксидный отсек, а также патрубок вывода воды в установку ультрафиолетового обеззараживания воды и далее на выпуск в водоем приемник.
В частном случае реализации полезной модели аэраторы, размещенные в отсеках биологической очистки и тонкой микрофильтрации, имеют резиновые мембраны с отверстиями, диаметр которых составляет 1-2 мкм, в обычном состоянии отверстия сомкнуты и не пропускают ни воздух, ни воду, но при давлении 0,2-0,8 м вод. ст. раскрываются и выполняют функцию микрофильтрационных элементов.
В частном случае реализации полезной модели насос осадка, расположенный на дне резервуара для осадков, выполнен с возможностью подачи осадка во флокулятор, имеющий патрубок для подачи флокулянта, и соединенный со сгустителем осадка, выполненный с возможностью вывода иловой воды с одного патрубка для дальнейшей очистки (в начало очистки - приемный резервуар) и вывода кека с другого патрубка для дальнейшей утилизации.
Далее решение поясняется ссылками на фигуру, на которой приведена технологическая схема установки для очистки сточных вод:
1 - подача сточных вод; 2, 3 - решетка, песколовка; 4 - отсек первичной очистки; 5 - подача реагентов; 6 - флотатор; 7 - микрофильтр грубой очистки; 8 - резервуар для осадков; 9, 10 - сатуратор; 11 - насос осадка; 12 - анаэробно-аноксидный отсек; 13 - насосы для перемешивания иловой смеси; 14 - отсек биологической очистки; 15 - аэратор; 16 - микрофильтрационные модули; 17 - отсек тонкой микрофильтрации; 18 - микрофильтрационные модули; 19 - возврат иловой смеси; 20 - установка УФО; 21 - выход очищенной воды; 22 - подача флокулянта; 23 - флокулятор; 24 - сгуститель осадка; 25 - иловая вода; 26 - аппарат упаковки кека; 27 - кек на вывоз; 28 - воздуходувка.
2
4
3
2
4
3
3
Устройство содержит линию 1 подачи сточных вод, выполненную, например, в виде трубопровода или открытого сточного канала, и линию 5 подачи реагентов в отсек первичной очистки 4 (Al(SO), Fe(SO) или FeCl). Линия 5 подачи реагентов выполнена в виде трубопровода.
Насосная станция и приемный резервуар блока очистки сточных вод часто выполняют похожие функции, целесообразно организовать их взаимодействие, в особенности в части наполнения, усреднения и подачи стока на обработку.
Резервуар насосной станции выполняет функцию первичной оценки состава сточных вод по температуре (не выше 40°С), возможных залповых сбросов нефти и нефтепродуктов, СПАВ, вредных технологических отходов.
В случае, когда резервуар насосной станции работает циклически: наполняется стоком, проводится определение его количества и качества, далее осуществляется откачка на блок очистки.
В случае, когда приемный резервуар блока очистки не рассчитан на регулирование расхода поступающих стоков, то резервуар насосной станции становится полноценным усреднителем-аккумулятором.
Необходимо провести флотацию жиров, нефти, СПАВ на входе в резервуар. Флотатор 6 устанавливается в виде флотационной колонны с мелкопузырчатым аэратором-сатуратором (насыщение воды воздухом) и поглотителем флотошлама (микропузырьки воздуха прилипают к веществам загрязнений сточных вод, которые всплывают на поверхность, образуя флотошлам).
Сточные воды по трубному флокулятору подаются во флотатор, а через сатуратор 10, снабженный насосом 9 поступает уже очищенная, насыщенная воздухом вода. Трубный флокулятор предназначен для подачи во флотатор сточной воды обработанной реагентами (приведите, пожалуйста, примеры реагентов). Сатуратор 10 служит для равномерного растворения воздуха в воде. Насыщенная воздухом вода подается во флотационную камеру, где при атмосферном давлении растворенный воздух выделяется в виде пузырьков и флотирует взвешенные сфлокулированные частицы, образовавшиеся в трубчатом флокуляторе. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмами для сгребания флотопены в шламосборник. Далее вода через микрофильтр грубой очистки поступает в анаэробно-аноксидный отсек.
Также в отсеке 4 предусмотрен резервуар-накопитель 8 для осадка перед аппаратом по обезвоживанию (перед сгустителем осадка барабанного типа), выполненным в виде флокулятора 23, флокулятор выполнен обеспечением добавления флокулянта (полимер) 22 к сточным водам и сгустителя осадка 24 (присадка для образования твердого скелета в осадке), с которого выводится иловая вода через водопровод 25 и подается сухой продукт в аппарат для упаковки кека 26, откуда выводится кек 27 для вывоза и дальнейшей реализации, например, в строительстве.
Далее рассматривается вопрос обработки потоков вторичных продуктов-фильтратов, сливных вод, пены и т.п. При необходимости обработки их реагентами, методами биологических процессов (денитрификации, биоокисления) устанавливается отдельный отсек, оснащенный соответствующим оборудованием.
В установках закрытого типа наиболее важным элементом становится узел механической и химической очистки воды. Выполняется он в виде фильтрационного модуля с резиновой мембраной низкого сопротивления и намывным слоем осадка. Модули погружаются внутрь объема резервуара, работают за счет перепада уровня воды (пьезометрический напор или вакуумирование). Регенерация мембран осуществляется путем продувки сжатым воздухом, промывки моющим раствором и затем чистой водой.
Так же возможен вариант извлечения мембранных модулей для чистки и мойки.
Анаэробные и аноксидные отсеки выполняются в виде емкостей, оборудованных насосами для перемешивания и перекачки жидкости. При наличии бортовой и килевой качки, которая будет способствовать перемешиванию иловой смеси, но во избежание выплескивания воды внутрь отсеков помещаются успокоительные элементы (дырчатые перегородки, сетчатые или стружечные модули, плавающие маты).
В аэротенке биологического блока мелкопузырчатые аэраторы следует располагать по центру емкости (по оси круглой емкости, совпадающей с осью качания емкости).
Внутри аэротенка располагаются фильтрационные модули илоотделителя, работающие в режиме грубой фильтрации иловой смеси для обеспечения дозы ила в аэротенке на уровне 4-5 мг/л и вывода активного ила в анаэробно-анаоксидный отсек. Фильтрат от этого узла направляется на тонкую фильтрацию, обеспечивающую вынос взвеси на уровне 3-5 мг/л. Заключительным этапом обработки воды будет ультрафиолетовое обеззараживание (УФО).
Фильтрационные модули, используемые в заявленной установке, представляют собой аэраторы с резиновыми мембранами, отверстия в которых диаметром 1-2 мкм, в обычном состоянии отверстия сомкнуты и не пропускают ни воздух, ни воду, но при давлении 0,2-0,8 м вод. Ст. раскрываются и работают как микрофильтрационные элементы.
Длительная безаварийная эксплуатация аэраторов, их незасоряемость и стойкость к воздействию активного ила доказывает безусловную пригодность к использованию в процессах микрофильтрации иловой смеси.
Микропоры в мембранах могут быть получены различными способами: механическое прокалывание резинового полотна, труб; прожигание лазером готовых изделий. Форма пористого канала может зависеть от поставленных задач по фильтрации воды, образованию слоя осадка, степени раскрытия пор в период фильтрации или промывки моющими растворами либо водовоздушной смесью.
В отличие от жестких мембран возможно организовать колебания краев пористого отверстия, благодаря чему будет исключено обрастание солевыми отложениями, прикрепление коагулянтов и флокулянтов к поверхности пористого пространства. Полное смыкание пор при снятии давления достигается при прокалывании резины в растянутом состоянии.
По конфигурации поры могут быть круглыми с прямолинейным либо сужающимся (расширяющимся) каналом, овальными, фигурными (в виде крестовины), либо в виде прямого сквозного разреза материала. На трубчатых мембранах разрезы могут располагаться поперек сечения трубок. Аэрируемые мембранные модули выполняются в виде пакета плоских рам, а трубчатые элементы по типу эрлифтных установок.
Фильтрация воды и промывка пор могут осуществляться в прямоточном или перекрестном режимах. В первом случае фильтрат и промывная вода отводятся по различным каналам в период фильтрации и промывки, а во втором случае перепускаются в различные емкости за счет открытия и закрытия клапанов. В перекрестных режимах разделения потоков осуществляется за счет давления воды.
Процесс химической регенерации мембран разрабатывается в соответствии со свойствами задерживаемых примесей. Возможные варианты очистки мембран: тепловая обработка в растворах моющих средств; кислотная обработка с целью растворения кристаллических отложений; подавление роста прикрепляющихся к поверхности мембран микроорганизмов окислителями. Регенерация может производиться как внутри объема блока фильтрации, так и при извлечении фильтрующих элементов.
Важная роль в процессе будет принадлежать свойствам резины, используемой для изготовления мембран. Мягкие оплавленные края пор без заусениц, надрывов и волосков будут способствовать повышению эффективности фильтрации и очистки.
Предлагаемая схема очистки испытывалась на очистных станциях г. Санкт-Петербурга. Достигается высокая степень очистки, соответствующая требованиям Хельсинской Комиссии по защите вод Балтийского моря от загрязнения: концентрация взвешенных веществ в очищенной воде 5-6 мг/л; БПК5 очищенной воды 2-3 мг/л; ХПК очищенной воды 25-30 мг/л; азот общий менее 10 мг/л; азот аммонийный 0,4-0,5 мг/л; фосфор общий менее 0,5 мг/л; фосфор фосфатов 0,1-0,2 мл/л. Данные результаты получены без дополнительной обработки (доочистки) воды.
Для сравнения, средние показатели степени очистки для установки «Био-Мастер»:
концентрация взвешенных веществ в очищенной воде 10 мг/л; БПК5 очищенной воды 3 мг/л.