УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА И АЭРАЦИИ ОЧИЩЕННЫХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ В СТОКОПРИЕМНУЮ КАМЕРУ
DEVICE FOR DISCHARGE AND AERATION OF PURIFIED ANIMAL WASTES INTO WASTE COLLECTING CHAMBER

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации в осушительно-увлажнительных системах, в водоохранных мероприятиях, при внесении сточных вод и животноводческих стоков в системе дождевания из распределительных трубопроводов, а также может быть использовано в установках при биологической очистки при работе с пенообразующими сточными водами (животноводческими).
Навозные стоки являются экологическим опасным продуктом. Поэтому животноводческие стоки (свиноводческие), на первом этапе подвергают биологической очистке на индустриальных очистных сооружениях (в аэротенках), а на втором этапе в естественных условиях на полях орошения и представляют собой сложный химико-биологический процесс.
Индустриальные очистные сооружения даже при хорошей эксплуатации не обеспечивают полное осветление свиностоков до экологически безопасных параметров. Поэтому после первого этапа очистки стоков (твердая фракция, активный ил и т.д.), подверженных на индустриальных сооружения в биологических прудах, возможна далее целенаправленная подача стоков в пруды-накопители, уже предназначенных для последующего цикла для почвенной доочистки жидкой фракции навозных стоков (животноводческих стоков), и строится гидромелиоративная система орошения: стокоприемная камера для подачи стоков из нее с помощью стационарной насосной станцией с несколькими агрегатами насосов, магистральный трубопровод, распределительные трубопроводы и дождевальные машины или другое поливное оборудование.
Однако следует отметить, что прежде чем стоки поступают в стокоприемную камеру с насосной станцией, их выпускают из пруда-накопителя в аванкамеру с регулируемым затвором, затем стоки поступают в отводящий самотечный трубопровод достаточно большой длины и, только затем стоки поступают в стокоприемную емкость, так называемую специалистами - стокоприемная камера.
Конструкцию пруда-накопителя выбирают от количества обрабатываемых стоков и их концентрации. Выпавший на дно осадок ила должен непрерывно или периодически удаляются. Продолжительность периода его хранения зависит от количества осадка и его способности к загниванию и уплотнению. Отсюда стоки уже становятся высоконцентрированными сточными водами с последующей очисткой на других сооружениях. Особенностью таких прудов является зависимость их работы от климатических условий, необходимость длительного выдерживания сточных вод в прудах-накопителях. Отсюда, в частности, в теплый период времени (особенно в летний) происходит активная фаза разложения активного ила микроорганизмами с выделением большого количества биогаза (метана). В качестве наглядного примера из практики стало видно, что при выпуске стоков из пруда-накопителя в аванкамеру, в результате ее наполнения, перед тем как подавать стоки в отводящий самотечный трубопровод, в аванкамере при наполнении ее, образуется большая высота пены, насыщенная биогазом и обогащенная кислородом воздуха. С наступлением холодного периода (зимнего) полив прекращают, и процесс разложения илового осадка замедляется практически полностью. Поэтому охрана окружающей среды требует постоянное совершенствование на таких опасных объектах.
Следует отметить, что такое движение массы биотока в атмосферу загрязняет зеленую фауну природы (лес, поля и т.п.), а также населенные пункты проживания людей на многие километры.
Как было уже отмечено выше разложение активного ила микроорганизмами чувствительно к высокой температуре воздуха, что дает в ходе процесса гниения в пруду и загрязнения окружающей среде.
Количество кислорода требующего аэробным бактериям для полного разложения органических веществ в сточных водах обеспечивают как биохимическую потребность в кислороде, или БДК. Отсюда еще в прудах-накопителях этот процесс не заканчивается в полном объеме и необходимы известные дорогостоящие способы. Средства аэрации в области очистки сточных вод также были объектом различных разработок, о чем будет ниже отмечено в аналогах.
Необходимо также отметить, что в большинстве случаев, если не во всех процессах, описанных здесь, применяют те или иные формы аэрации, поскольку для большинства микроорганизмов требуется кислород. Обычно эти средства аэрации представляют собой использование сжатого воздуха путем подачи его через какое-либо расположенное ниже поверхности жидкости отверстие. Разработаны также и другие механические аэраторы для аэрации текущих сред. Однако следует отметить тот факт, что при подаче чистой воды под напором насосом, в ней всегда присутствует кислород, поступающий из атмосферного воздуха, который также смешивается со сточными водами.
При поиске использован также источник информации, как устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой. Однако эти устройства только определяют общий уровень техники, не считаются релевантными.
Известно устройство для аэрации, содержащее резервуар, центральную циркуляционную направляющую трубу с коническим насадком, оно снабжено прикрепленными к нижнему торцу направляющей трубы горизонтально расположенными патрубками, при этом на верхней поверхности патрубков выполнены отверстия (Авторское свидетельство SU №827418, C02F 3/20 от 07.05.1981).
Данная конструкция проста, позволяет дополнительно обогатить очистку сточных вод кислородом за счет рециркулируемой жидкости с помощью насоса, с подсасыванием из воздуха насадком. Однако степень аэрации сточной воды для большого объема недостаточна, так как кислород засасывается только из воздуха атмосферы над сточной жидкостью в распыленном виде большой зоны, а это малоэффективно, чтобы исключить пенообразование по всей площади резервуара, т.е. происходят большие потери испарения при свободнопадающей вертикальной струей с возможностью увлекания в толщу аэрируемой жидкости, вследствие больших потерь аэро - и гидродинамических потерь при подсасывание воздуха, и в дальнейшем также необходима дополнительная очистка и утилизация стоков (например, животноводческих стоков).
Серьезным недостатком указанного устройства является отсутствия закрытого резервуара и возможности надежно интенсивное отсасывание пены из зоны нахождения по высоте аэрационного насадка, что приводит к негативным явлениям.
Известно устройство для выпуска очищенных вод в водоемы, включающее напорный трубопровод и оголовок, последний выполнен округлой формы с цельной и перфорированными стенками, на дно береговой траншеи уложен слой геотекстильного иглопробиваемого полотна для возможности защиты береговой траншеи по всему ее периметру от суффозии грунта основания при перепадах уровня воды в водоеме, причем со стороны прилегания оголовка на слой геотекстильного иглопробиваемого полотна траншеи стенка оголовка выполнена цельной, а со стороны укладки каменной насыпки на оголовок его стенки выполненными перфорированными с отверстиями, причем оголовок установлен наклонно под заданным углом по отношению к берегу, не нарушая его естественного откоса, при этом верхний его конец соединен с напорным трубопроводом, где для возможности жесткой фиксации оголовка в его верхнем положении под ним установлена бетонная опора, а нижний конец оголовка замоноличен бетоном с образованием монолитного упора для возможности жесткой фиксации нижнего положения оголовка внутри береговой траншеи (Патент ПМ №103821, E03F 5/00 от 27.04.2011).
Недостатком известного устройства является то, что оно не может быть применено для очистки сточных вод, поступающих с прудов-накопителей в аванкамеру с отводящим самотечным трубопроводом, вследствие возникновения перед сбросным трубопроводом в результате образования пены в аэрируемой жидкости, без дополнительного насыщения кислородом, что приводит к негативным явлениям. Эксплуатация затрудняется перфорированной стенкой каменой наброской сверху, отверстия, которых невозможно очистить от засорения илом и др. влечениями, а также низкая производительность.
Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип, является устройство для выпуска сточных вод, преимущественно в водоем, включающее напорный трубопровод с оголовками, в напорный трубопровод смонтирован эжектор, имеющий аэрационную трубу (Авторское свидетельство SU №431286, E02F 5/00, С02С 1/10 от 10.04.1974).
Однако использование эжектора не связано с возможностью интенсивного отсасывания пены из зоны нахождения отсоса в аванкамере сточной воды с образовавшейся пеной т.к. в известном устройстве, что отмечено в аналоге, создание вакуума, приводит к поступлению только воздуха через аэрационную трубу. Здесь можно только отметить тот положительный факт, что происходит интенсивное растворение кислорода воздуха в сточной воде - сточная вода насыщается растворенным кислородом, т.е. позволяет лишь растворение кислорода в сточной воде при отсутствии какой-либо пены. Серьезным недостатком указанного устройства является отсутствие связи сброса животноводческих стоков (свиноводческих) непосредственно с прудов-накопителей и, только потом поступление дополнительно аэрированных стоков в отводящий самотечный трубопровод, соединенный со стокоприемной камерой перед стационарной насосной станцией. Таким образом, степень аэрации сточной воды (животноводческих стоков) остается недостаточно полно решенной задачей, так как воздух засасывается из атмосферной зоны, над жидкостью, без дополнительного разбавления чистой водой пены, соответственно, с меньшей очисткой стоков, поступающих в отводящий трубопровод.
Практика выпуска сточных вод (свиноводческих) из прудов-накопителей в аванкамеру показывает, что при отсутствии мероприятий по предотвращению использования большого объема пены вновь для аэрации выпускаемых стоков в отводящий самотечный трубопровод из аванкамеры вместе с илом, ухудшает условия эксплуатации устройства и не создает надлежащие условия охраны окружающей среды в зоне его работы (над аванкамерой поднимается большое облако биогаза, при этом люди, проходящие мимо аванкамеры, даже пытаются провести возгорание биогаза, горение большим пламенем продолжается с высокой температурой до тех пор, пока не исчезнет вся пена над поверхностью сточной воды).
Таким образом, требуются дополнительные эксплуатационные затраты по очистке таких сточных вод, они получаются энергоемкими, особенно при использовании животноводческих стоков (свиноводческих). Для эффективной работы необходимо использовать аванкамеру с разделением ее на две камеры, одну из них закрытую с плавающим устройством интенсивного отсасывания пены из зоны камеры, а во второй - установка дополнительного плавающего устройства аэратором, при этом в последнем случае, плавающее устройство в виде платформы с ограничителями ее перемещения по высоте, также позволяет гасить волнообразование в ней на поверхности и далее поступление сточной воды в отводящий самонапорный трубопровод (коллектор большого диаметра), снабженного вначале узлом в виде ковшового водозабора с отводящей напорной трубой от эжекторного узла, размещенного на платформе, и связанного посредством гибкого рукава с всасывающим раструбом в закрытой камере сооружения.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является получение устройства, обеспечивающего существенное увеличение степени аэрации при утилизации очищенных сточных вод и устранение образующейся в процессе работы пены и, как следствие этого, общее уменьшение себестоимости очистки стоков.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для выпуска и аэрации очищенных животноводческих стоков в стокоприемную камеру, включающее напорный трубопровод, оно снабжено аванкамерой, разделенной перегородкой на две изолированные камеры, одна из которых герметично закрыта и соединена посредством впускного патрубка с прудом-накопителем, а отверстие в перегородке - с проточной открытой камерой, выпускное отверстие которой соединено с отводящим самонапорным трубопроводом сточной воды и илового осадка, при этом внутри герметично закрытой камеры размещен всасывающий раструб, вход которого выполнен заподлицо с низом поплавка в его центре и гибким рукавом, соединяющим всасывающий раструб с герметично закрытой второй камерой, внутри которой размещен аэрирующий насадок, связанный с отводящей трубой водовоздушной смеси, нижний конец, которой соединен жестко с горизонтальной перегородкой с образованием выпускного кармана в отводящий самонапорный трубопровод большого диаметра, при этом открытая камера снабжена плавающей поплавковой платформой, размещенной между ограничителями, закрепленными к боковым стенкам открытой камеры для ограничения перемещения по высоте плавающей поплавковой платформы, на которой дополнительно установлена герметично закрытая вторая камера с аэрированным насадком, соединенным с подающей напорной трубой, при этом площадь плавающей поплавковой платформы равна площади открытой камеры.
На фиг. 1 показано устройство для выпуска и аэрации очищенных животноводческих стоков в стокоприемную камеру, разрез; на фиг. 2 - вариант выполнения узла соединения отводящей трубы водовоздушной смеси с отводящим самонапорным трубопроводом, план.
Устройство включает пруд-накопитель 1 подачи животноводческих стоков, напорный патрубок 2 с затвором 3 и приемную накопительную аванкамеру 4, разделенную перегородкой 5 с отверстием 6. Аванкамера 4 выполнена из герметично закрытой камеры 7 и проточной открытой камеры 8, соединенных между собой проточным отверстием 6.
Герметично закрытая камера 7 снабжена всасывающим раструбом 9, расположенным над поверхностью пенообразующей жидкости (сточной воды) и закрепленного к поплавку 10, вход которого выполнен заподлицо с низом поплавка 10 в его центре. Всасывающий раструб 9 соединен с герметично закрытой второй камерой 11, снабженной аэрационным насадком 12 с помощью гибкого рукава 13. Герметично закрытая вторая камера 11 содержит подающую напорную трубу 14 чистой воды от насоса (не показано). Поплавок 10 в плане образует круг с центральным отверстием для ввода в него всасывающего раструба 9.
Проточная открытая камера 8 отверстием 15 связана с отводящим самонапорным трубопроводом 16 сточной воды и илового осадка со стокоприемной камерой 17. При этом открытая камера 8 снабжена ограничителями 18, закрепленных на боковых ее стенках, между которыми расположена плавающая поплавковая платформа 19, на которой дополнительно размещена герметично закрытая вторая камера 11 с аэрационным насадком 12 с подающей напорной трубой 14, и с гибким рукавом 13. Герметично закрытая камера 11 с аэрационным насадком 12 снабжена посредством гибкой монтажной вставкой 20 с отводящей трубой 21 водовоздушной смеси, нижний конец которой соединен жестко с горизонтальной перегородкой 22 с образованием выпускного кармана 23 вместе соединения с отводящим самотечным трубопроводом 16, который связан с отверстием 15 проточной открытой камеры 8. Отводящая труба 21 водовоздушной смеси и подающая напорная труба 14 чистой воды снабжена, соответственно, вентилями 24 и 25. Крепление ограничителей 18 позволяет избежать перекосов плавающей поплавковой платформы 19 в открытой камере 8. Элементы устройства: раструб 9, герметично закрытая вторая камера 11 с аэрационным насадком 12, подающая напорная труба 14 и отводящая труба 21 выполняют из пластмассового материала, а также с целью устранения их коррозионных свойств, причем уменьшая, соответственно их вес в несколько раз меньше, в сравнение с металлическими элементами, а это экономия материальных затрат, т.е. уменьшение материалоемкости. Сборка таких узлов проста стандартными выпускаемыми изделиями в виде быстромонтируемыми полиэтиленовыми муфтами (не показано).
Вариант выполнения узла соединения (фиг. 2) отводящей водовоздушной трубы 20 с отводящим самонапорным трубопроводом 16 предусматривает его расширение концевой части, охватывающей начальную часть отводящего трубопровода 16 с размещенным внутри его конусным рассекателем 26 для свободного входа водовоздушной смеси и смешения со сточной водой и иловым осадком.
Устройство для выпуска и аэрации очищенных животноводческих стоков в стокоприемную камеру работает следующим образом.
После монтажной установки в аванкамере 4 разделенной перегородкой 5 с отверстием 6, осуществляют первоначально впуск стоков из пруда-накопителя 1 открытием затвора 3 на патрубке 2 до полного всплытия всасывающего раструба 9 с поплавком 10 в рабочее положение.
В рабочем положении в герметично закрытой камере 7 образуется на свободной поверхности стоков большой объем пены, в результате плавучести всасывающего раструба 9, соединенного с герметично закрытой второй камерой 11 с аэрационным насадком 12 с помощью гибкого рукава 13, происходит интенсивное отсасывание пены из зоны нахождения радиального отсоса всасывающим раструбом 9 в результате создаваемого разряжения в герметично закрытой второй камере 11 с подводом в нее чистой воды с помощью напорной трубы 14. При этом всасывающий раструб 9, свободно перемещается с поплавком 10 в результате волнообразования на поверхности жидкости (сточной воды) в камере 7. Пена, обогащенная кислородом воздуха и газом по гибкому рукаву 13, поступает в камеру 11, при этом она захватывается под напором подводящей чистой струи воды и увлекается по отводящей трубе 21 в виде водовоздушной смеси в толщу аэрируемой сточной воды через выпускной карман 23 в отводящий самонапорный трубопровод 16 со сточной водой и иловым осадком, далее смешенные сточные воды направляются в стокоприемную камеру 17, и со стационарной перекачивающей насосной станцией на поля орошения (не показано). Активно насыщаясь атмосферным воздухом из пены и атмосферным воздухом с разбавленной чистой воды, струя представляет собой водовоздушную смесь, кислород с водой, который также используется для аэрации сточной воды, поступившей в дальнейшем в стокоприемную камеру 17, путем их смешивания в движении в отводящем самонапорном трубопроводе 16. Благодаря свободному перемещению плавающей поплавковой платформы 19 и зафиксируемой между ограничителями 18 в открытой камере 8, при этом герметично закрытая вторая камера 11 снабжена аэрационным насадком 12 с гибкой монтажной вставкой 20 и с гибким рукавом 13, принимает рабочее положение. Аэрационный насадок 12 соединяют с напорной трубой 14 чистой воды. Предложенная открытая камера 8, соединенная с проточным отверстием 6 с герметично закрытой камерой 7, аванкамеры 4, заполняются в одной плоскости с горизонтом поверхности сточной воды, предотвращая тем самым образование волнообразования в открытой камере 7, в которой размещена плавающая платформа 19.
Предлагаемое устройство индустриально, имеет значительную повышенную производительность устройства для интенсивного отсасывания пены, состоящей из кислорода и газа, из зоны расположения всасывающего раструба в герметично закрытой камере. Позволяет, осуществит аэрирование дополнительно очищенных животноводческих стоков непосредственно перед поливом земледельческих полей орошения (ЗПО) и доведения их до качественной кондиции разбавления кислородом и чистой водой в едином стокоочистном комплексе.
Наряду с условиями выпуска сточных вод (животноводческих стоков) в стокоприемную камеру, это определяет требованиям «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения» (СНиП №4630-88), утвержденные 1988 года. Кроме того, оно имеет простую конструкцию монтажа, надежно в работе, позволяет улучшить условия эксплуатации и создать надлежащие природоохранные условия для окружающей среды. Исключается необходимость дополнительного обезвреживания сточных вод, так как этот процесс продолжается при поступлении наполнения стокоприемной камеры в процессе ее работы вместе с работой дождевальной техникой на земледельческих полях орошения.