УСТРОЙСТВО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
EFFLUENTS BIOLOGICAL TREATMENT DEVICE

Изобретение относится к устройствам биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано в индивидуальном, коммунальном хозяйствах и на промышленных предприятиях.
Известно устройство для биологической очистки сточных вод, в котором сточная жидкость освобождается от крупных механических примесей процеживанием через решетки и отстаиванием в песколовках. Затем она направляется в специальный резервуар на обработку свободноплавающим активным илом, после последующего отстаивания иловой смеси возвращаемым на повторное использование (1).
3
Это устройство гарантирует удаление биологическим путем не более 30% фосфора, до 70% азота, требует большой емкости резервуаров для очистки сточных вод и не менее 0,5 кВт·час электроэнергии на 1 м сточных вод. Такие параметры работы установки не удовлетворяют современным требованиям как по степени очистки, так и по капиталовложениям и эксплуатационным затратам.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для биологической очистки сточных вод, которое включает корпус, поделенный перегородками на отдельные отсеки и выполненный в виде коаксиально установленных на основании цилиндрической наружной стенки, промежуточной цилиндрической стенки и отстойника, состоящего из нижней конической части и верхней цилиндрической, системы коммуникаций для подвода воздуха, распределения и отвода сточных вод, а также рециркуляции иловых смесей и фильтр (2).
Установка обеспечивает некоторое уменьшение объема резервуара. Но она не позволяет повысить эффективность удаления азота и фосфора, упростить эксплуатацию устройства.
Задачей заявляемого изобретения является повышение степени очистки сточных вод, облегчение эксплуатации устройства.
Поставленная задача решается созданием устройства для биологической очистки сточных вод, включающего корпус, поделенный перегородками на отдельные отсеки и выполненный в виде коаксиально установленных на основании цилиндрической наружной стенки, промежуточной цилиндрической стенки и отстойника, состоящего из нижней конической части и верхней цилиндрической части, системы коммуникаций для подвода воздуха, распределения и отвода сточных вод, а также рециркуляции иловых смесей и фильтр, в котором согласно изобретению фильтр выполнен биологическим, а отстойник имеет дополнительно нижнюю цилиндрическую и верхнюю коническую части; объем, заключенный между наружной и промежуточной стенками и составляющий аноксидную, анаэробную и денитрификационную зоны, разделен перемычками разной высоты, образуя каскадно-переливные отсеки. Кроме того, в каждом отсеке имеется дополнительная перемычка с отверстием в своей нижней части. Объем, заключенный между промежуточной стенкой и отстойником и выполняющий функцию аэробной зоны, разделен имеющими в своей нижней части вырезы вертикальными перегородками разной высоты на отдельные каскадно-переливные участки, каждый из которых снабжен блоком диффузоров с автономной регулируемой подачей воздуха. В нижней части отстойника имеются щелевые клапаны, связывающие аэробную зону с отстойником, при этом внизу отстойника установлена ловушка отходов, в средней части установлен диффузор отстойника, а биологический фильтр установлен вверху. Системы коммуникаций для распределения и отвода сточных вод, а также рециркуляции иловых смесей выполнены в виде системы трубопроводов, состоящей из трубопровода, связывающего приемный отсек с последним отсеком анаэробной зоны, четырех трубопроводов, два из которых подсоединены через регулируемую воронку, связывающих отсеки анаэробной зоны с участками аэробной зоны, трубопровода, связывающего аэробную зону с отстойником, и трубопровода, выполненного с возможностью вывода избытка активного ила за пределы устройства.
Предлагаемое изобретение поясняется фигурами.
На Фиг. 1 изображен общий вид устройства в прямоугольной диметрии со снятыми передними частями наружной и промежуточной стенок.
На Фиг. 2 изображен вид сверху устройства.
На Фиг. 3 изображен вертикальный разрез отстойника по А-А на Фиг. 2.
На Фиг. 4 изображен вид сверху с уложенными трубопроводами и переливной воронкой.
На Фиг. 5 изображен вид сверху с уложенными диффузорами и решеткой.
Устройство биологической очистки сточных вод содержит основание 1, на котором коаксиально установлены: цилиндрическая наружная стенка 2, промежуточная цилиндрическая стенка 3 и отстойник, состоящий из нижней конической части 4, нижней цилиндрической части 5, верхней конической части 6 и верхней цилиндрической части 7. Промежуточная стенка 3 соединена с наружной стенкой 2 двенадцатью вертикальными перегородками 8-19. Перегородки с четными номерами, начиная с перегородки 8, уменьшают свою высоту по мере возрастания номера перемычки, образуя каскадно-переливные отсеки. Дополнительные перегородки (с нечетными номерами) разделяют эти отсеки, при этом в каждой из них имеется внизу отверстие 20. В технологическом процессе биологической очистки сточных вод отсеки выполняют функцию аноксидной, анаэробной зон и зоны денитрификации.
Пространство между промежуточной стенкой 3 и отстойником выполняет функцию аэробной зоны. Оно разделено на четыре равные части с помощью вертикальных перегородок 21, 22, 23 и 24. На Фиг. 1 показаны только две перегородки из четырех. Две оставшиеся приведены на Фиг. 2. Перегородки 21-24 установлены радиально. Со стороны промежуточной стенки 3 они прямолинейны, а со стороны отстойника имеют форму, при которой они полностью прилегают к отстойнику. В результате аэробная зона разделена на четыре отдельных участка 25, 26, 27 и 28 (см. Фиг. 2). Высота перегородок 21, 22, 23 и 24 уменьшается по мере возрастания номера перегородки, образуя в результате каскадно-переливную систему. Внизу перегородок имеются вырезы 51, которые соединяют все участки аэробной зоны между собой и предохраняют устройство биологической очистки сточных вод от переполнения в случае аварийного отключения энергопитания.
Внизу нижней конической части 4 отстойника имеются две диаметрально расположенные щели 29 и 30, а внутри отстойника расположена ловушка 33 (см. Фиг. 3). Перегородки 21 и 24 связаны между собой наружным корпусом 31 щелевого клапана, а перегородки 22 и 23 - наружным корпусом 32 щелевого клапана. В результате имеются два диаметрально расположенных щелевых клапана. Первый из них образован перегородками 21 и 24, наружным корпусом 31 щелевого клапана и корпусом ловушки отходов 33, а второй клапан - перегородками 22 и 23, наружным корпусом 32 щелевого клапана и корпусом ловушки отходов 33. Эти клапаны служат для сообщения между аэробной зоной и отстойником.
Описанные выше детали составляют корпус устройства. Детали, которые примыкают друг к другу, соединены между собой герметичными швами.
Помимо корпуса устройство содержит целый ряд дополнительных элементов, таких как трубопроводы, воздуховоды, диффузоры, биологический фильтр и специальную воронку. Эти элементы обеспечивают протекание технологического процесса биологической очистки сточных вод.
В верхней части отстойника 7 расположен биологический фильтр 34. Кроме того, отстойник трубопроводом 50 соединен с участком 26 аэробной зоны.
В приемном отсеке, ограниченном перегородками 8 и 9, установлена решетка 35 для предварительной очистки сточных вод от механических примесей. Приемный отсек через отверстие 49 в перегородке 8 связан трубопроводом 36 с отсеком, ограниченным перегородками 19 и 8. При этом трубопровод 36 оснащен на своих концах клапанами, позволяющими двигаться жидкости только в одном требуемом направлении. Этот трубопровод предназначен для подачи сточной воды, прошедшей аноксидную, анаэробную и денитрификационную обработки, из отсека, ограниченного перегородками 19 и 8, в приемный отсек.
В отсек, ограниченный перемычками 11 и 12, входит одним из концов трубопровод 37, связывающий этот отсек с отстойником.
Трубопровод 38 соединяет аэробную зону с отсеком, ограниченным перемычками 15 и 16. Он также оснащен обратным клапаном и предназначен для подачи нитросодержащей иловой смеси из аэробной зоны в этот отсек.
Отсек, ограниченный перегородками 19 и 8, через переливную воронку 39 и подсоединенными к ней трубопроводами 40 и 41 сообщается с аэробной зоной, соответственно с ее участками 25 и 27. Все участки аэробной зоны имеют между собой сообщение через вырезы 51.
На дне аэробной зоны уложены диффузоры, которые выполнены блоками 42, 43, 44 и 45. В каждом блоке содержится четыре диффузора. Каждый из блоков обеспечен своим воздуховодом с возможностью регулирования силы потока подаваемого воздуха и присоединен к воздушным магистралям штуцером 46. Аэробная зона соединена с накопителем активного ила (он не входит в состав заявляемого устройства и на чертежах не показан) с помощью трубопровода 47.
В объеме отстойника расположен еще один диффузор 48, питаемый автономным регулируемым воздухопроводом.
Перед началом эксплуатации устройства для биологической очистки сточных вод производится предварительный запуск его. Эта стадия процесса позволяет отрегулировать работу отдельных частей устройства с целью оптимизации технологического процесса очистки сточных вод. Для этого устройство заполняют чистой водой на 1/3 рабочей высоты. Подготавливают активный ил, содержащий все микроорганизмы, необходимые для биологической очистки сточных вод, и заливают 1/3 его в участки 25, 26, 27 и 28 аэробной зоны. Оставшийся активный ил заливают в отсек, ограниченный перемычками 10 и 11. Затем в приемный отсек, ограниченный перемычками 8 и 9, заливают очищаемую сточную воду до рабочего уровня, включают компрессор (компрессор не входит в состав устройства), и регулятором воздуха (на чертежах не показан) производится наладочная регулировка технологического процесса движения стоков. После работы изделия в течение не менее 8-10 часов производят окончательную регулировку с учетом распределившейся биомассы.
В рабочем режиме из накопительной канализационной насосной станции НКНС (в состав устройства не входит) очищаемые воды поступают в приемный отсек, ограниченный перегородками 8 и 9, где предварительно очищаются от механических примесей решеткой 35, установленной в этом отсеке. Приемный отсек связан трубопроводом 36 с отсеком, ограниченным перемычками 19 и 8. По трубопроводу 36 в приемный отсек дополнительно подают сточную воду, прошедшую аноксидную, анаэробную и денитрификационную обработки, из отсека, ограниченного перемычками 19 и 8. При этом трубопровод 36 выполняет еще и функцию смесителя, активно перемешивающего сточную воду с активным илом. Из приемного отсека сточная вода попадает через отверстие 20 внизу перегородки 9 в отсек, ограниченный перегородками 9 и 10. В этом отсеке происходит процесс предварительного окисления.
Поскольку каждая последующая перегородки с четным номером имеет меньшую высоту, чем предыдущая, жидкость далее через верх перегородки 10 попадает в отсек, ограниченный перемычками 10 и 11. Затем, через отверстие внизу перемычки 11, жидкость поступает в отсек, ограниченный перегородками 11 и 12. В отсек входит одним из концов трубопровод 37, связывающий отсек с отстойником. Этот трубопровод также оснащен обратным клапаном, исключающим обратный сток жидкости. По трубопроводу 37 из отстойника подается активный ил в отсек, ограниченный перегородками 11 и 12. При этом происходит перемешивание смеси. Этот отсек предназначен для удаления нитратов и нитритов из иловой смеси. В нем же начинается процесс вытеснения фосфатов из клеток активного ила. При дальнейшем движении стоков по следующим отсекам происходит активное высвобождение фосфора в воду.
По трубопроводу 38 в отсек, ограниченный перегородками 15 и 16, подается нитросодержащая иловая смесь из аэробной зоны. Трубопровод 38 также оснащен обратным клапаном и способствует активному перемешиванию смеси. Благодаря перемешиванию в этом отсеке начинается процесс денитрификации, а при дальнейшем перемещении смеси по отсекам происходит эффективное удаление азота, определяемое рециркуляцией азота.
После денитрификации стоки через отверстие 20 в нижней части перемычки 19 попадают в отсек, ограниченный перемычками 19 и 8. В этом отсеке движение сточных вод разветвляется. Часть потока через трубопровод 36 направляется в приемный отсек для повторной биологической очистки. Другая часть потока через специальную переливную воронку 39 и трубопроводы 40 и 41, подсоединенные к ней, попадает в аэробную зону.
На дне аэробной зоны уложены диффузоры, которые выполнены блоками 42, 43, 44 и 45. Благодаря возможности регулировать силу аэрации в участках 25-28 аэробной зоны чередование участков с низкой и высокой степенью аэрации стимулирует развитие фосфороаккумулирующих бактерий. Идет активное поглощение фосфора клетками ила с последующим выводом избытков активного ила за пределы устройства с помощью трубопровода 47. При необходимости, по трубопроводу 47 активный ил подают извне в аэробную зону.
После прохождения аэробной зоны сточные воды с активным илом через верхнюю часть наружных корпусов 31 и 32 щелевидных клапанов и щелей 29 и 30 поступают в нижнюю коническую часть 4 отстойника. При этом жидкость сначала опускается вниз к щелям 29 и 30, а затем поднимается внутри отстойника вверх. При этом более тяжелые частицы попадают в ловушку 33. Двигаясь вверх, хлопья активного ила образуют гравитационный фильтр (на чертежах не показан). Он производит дополнительную очистку жидкости. Однако часть мелких взвешенных частиц, органические вещества, а также аммонийный азот проходят этот фильтр. Пройдя сквозь фильтр, они попадают в зону действия диффузора 48 и подталкиваются пузырьками воздуха к нижней части биофильтра 34.
Очищенная вода проходит биофильтр 34 и по трубопроводу самотеком вытекает за пределы установки.
Такая конструкция устройства позволяет повысить степень очистки сточных вод, облегчить эксплуатацию устройства.
Повышение степени очистки сточных вод происходит в результате создания благоприятных условий для жизнедеятельности и размножения микроорганизмов, участвующих в процессе биологической очистки, вследствие чередования зон, обедненных и обогащенных кислородом, и оптимальной подачи активного ила в различные участки устройства.
Облегчение эксплуатации устройства вызвано конструкционными и технологическими решениями, в результате чего обеспечена возможность проведения профилактических работ без остановки работы устройства. Предусмотрены также работа устройства в случае непредвиденного отключения энергоснабжения и блокировка устройства от переполнения.
Таким образом, данное техническое решение позволяет эффективно производить очистку сточных вод.
Источники информации
1. Инженерное оборудование зданий и сооружений. Энциклопедия, Стройиздат, 1994, с. 453-456.
2. Патент RU 120417 U1, опубл. 20.09.2012, с. 3-5, фиг. 1 (прототип).