УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА

Полезная модель относится к оборудованию для очистки воды, в частности, путем биологической очистки сточных вод.
При биологической очистке сточных вод, как правило, используется активный ил, содержащий смесь различных бактерий и иных микроорганизмов. В ходе очистки суспензию активного ила смешивают с очищаемой водой и проводят аэрацию, после чего отработанный ил направляют во вторичный отстойник, где седиментация и концентрирование продолжаются путем осаждения ила. Сконцентрированный ил повторно используют в процессе очистки, а жидкость после декантации направляют в приемник, как очищенные сточные воды.
Устройства для биологической очистки сточных вод, как правило, включают в себя камеры аэрации, двухъярусные отстойники, илосборники, пневматические аэраторы, системы трубопроводов для подачи сточных вод, перетекания очищаемой воды из одной камеры в другую и отвода очищенной воды (SU 819069, 1981; RU 2057085, 1996).
Недостатками таких устройств являются недостаточная эффективность, особенно при больших объемах перерабатываемых сточных вод, в частности, из-за длительности и недостаточной эффективности стадии илоразделения. Это связано с тем, что активный ил отличается относительно низкой способностью к седиментации. Илоразделение, как правило, осуществляют в резервуарах глубже 4 м, однако хлопья ила, содержащие пузырьки сорбированных газов, всплывают на поверхность, что серьезно снижает эффективность илоразделения, а при использовании очень глубоких резервуаров или резервуаров, находящихся на нескольких уровнях, становится практически невозможно осуществлять седиментацию во вторичных отстойниках. Для того чтобы устранить этот недостаток, используется дозирование флокулянта в ил перед илоразделением, что делает процесс обработки чрезмерно длительным, при этом в ходе этого процесса могут протекать нежелательные процессы, приводящие к деградации ила (Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1982, c. 37; RU 2136610, 1999).
Известна (RU 2201405, 2003; RU 2220112, 2003; RU 2228915, 2004) технология очистки сточных вод, которая включает в себя блок, где осуществляется предварительная аэробно-аноксидная биологическая очистка сточных вод аэробным активным илом, после чего предварительно очищенная вода с илом поступает в аэротенк-активационный резервуар, где происходит окончательное разрушение органического загрязнения, после чего вода поступает в отстойник. Отстоявшийся ил накапливается внизу отстойника, а вода, пройдя через пористые фильтры, выводится из установок. Недостатками данной схемы являются технологическая сложность осуществления двухстадийной очистки, недостаточно эффективная регенерация активного ила, а также необходимость периодической регенерации используемых пористых фильтров.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является ранее заявленная авторами установка для обработки активного ила при биологической очистке сточных вод, содержащая резервуар для аэрации смеси отходов с активным илом и вторичный отстойник, соединенные между собой подающим и выпускным коллекторами через камеру отсасывания газа, которая связана с вакуумным насосом, причем к подающему коллектору на расстоянии 1-2 м от его нижнего конца подсоединен трубопровод для подачи очищенной воды, а уровень суспензии в резервуаре для аэрации выше, чем уровень жидкости во вторичном отстойнике (RU 2367619, 2009).
Недостатком такого устройства является недостаточно высокая эффективность системы дегазации. Это обусловлено тем, что скорость удаления газов пропорциональна глубине вакуумирования и поверхности зеркала жидкости в камере отсасывания газа, с которой идет газоотделение. Вместе с тем, глубина вакуумирования находится в узком диапазоне (-0,75-0,95 бар), поэтому использовать ее для ускорения процесса не представляется возможным, а площадь зеркала ограничена размерами трубчатого блока вакуумирования. Увеличение последнего в существующей конструкции связано с увеличением геометрических размеров и веса блока, расположенного на 10-метровой высоте, что, в свою очередь, приводит к резкому увеличению и утяжелению опорной части конструкции.
Задачей, решаемой авторами, являлось повышение эффективности дегазации без изменения габаритов установки. При этом исходили из того, что лимитирующей стадией дегазации обычно является стадия образования зародышевого пузырька. В этой связи предположили, что эффективность дегазации возрастет при введении в камеру фактора, ускоряющего эту стадию, к примеру, путем создания локальных неоднородностей в жидкости.
Технический результат достигался путем помещения в камеру отсасывания газа устройства для создания турбулентности в жидкости, что приводит к ускорению процесса образования пузырьков. В качестве такого устройства в камере может быть использован стандартный генератор колебаний, в частности генератор механических, гидравлических или ультразвуковых вибрационных колебаний, такой как сопла, создающие пульсирующие струи высокого давления, механические мешалки, вибрирующие элементы, акустические (в том числе ультразвуковые) генераторы.
Оптимальные результаты достигаются таким расположением генератора, при которых основная ось (директриса) создаваемых им волн располагается параллельно поверхности зеркала.
Общая схема установки, приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначения:
1 - резервуар для аэрации (аэротенк) (РА);
2 - вторичный отстойник (ВО);
3 - камера отсасывания газа (КОГ);
4 - подающий коллектор (ПК);
5 - выпускной коллектор (ВК);
6 - емкость очищенной воды (ЕВ);
7 - вакуумный насос (ВН);
8 - трубопровод (ТП);
9 - генератор колебаний (ГК).
Устройство работает следующим образом. При включении вакуумного насоса 7 в через ПК 4 в КОГ 3 поступает суспензия отработанного ила и в разреженном пространстве КОГ 3 осуществляется его дегазация. При этом в результате работы ГК 9 в толще жидкости возникают неоднородности и турбулентные зоны, где образуются зародышевые пузырьки. Пузырьки увеличиваются в размерах и достигают величины, при которой происходят их отрыв от частиц ила, всплывание и удаление из объема жидкости. В результате введения в установку ТП 8, при включении вакуумного насоса 7 в нижнюю часть ПК 4 из ЕВ 6 поступает вода, которая образует в ПК 4 слой жидкости с большим удельным весом по сравнению с суспензией. Этот слой создает своеобразный гидравлический затвор, обеспечивающий в начальный период работы установки более быстрое и равномерное движение очищаемой суспензии в КОГ 3. Обладающие меньшей плавучестью дегазированные частицы переходят в нижние слои и через ВК5 поступают во вторичный отстойник 2. После начала работы происходит запуск системы автоматического движения жидкости самотеком из РА1 в ВО2, что исключает возможность разрыва столба жидкости и повышает надежность работы установки.
В случае нештатной работы установки, приведшей к разрыву столба жидкости, начавшееся обратное движение жидкости в ПК 4 ведет к поступлению в систему дополнительных количеств воды из ЕВ 6, что формирует в ПК 4 гидравлический затвор, а это исключает вероятность разрыва столба и снижает скорость опускания жидкости в ПК4, давая возможность принять меры по ликвидации нештатной ситуации.
При необходимости изменить режим дегазации, например, при переходе на работу с жидкой суспензией другой вязкости, меняют режим ВН 7, добиваясь оптимальных для данной суспензии результатов.
3
Испытания заявляемой схемы обработки активного ила проводилось на опытно-промышленной установке, имеющей гидравлическую производительность 10 м/час при содержании частиц активного ила 6 г/л и содержании сорбированных газов 5 мг/л. Было показано, что без использования дополнительных активаторов при степени разрежения -0,95 бар суммарное количество сорбированных газов на выходе составляло 0.6 мг/л; при степени разрежения -0,7 бар количество сорбированных газов на выходе составляло 1.3 мг/л. При использовании установки по ближайшему аналогу эта величина составила 1,8 мг/л.
Использование ультразвуковой активации генератором с частотой 21,4 МГц и излучаемой мощностью 250 Ватт, направление распространения волн которого совпадает с длинной осью блока вакуумирования, позволяет достичь при уровне вакуума -0,95 бар остаточного содержания газов на уровне 0,1 мг/л, при уровне вакуума -0,7 бар соответственно 0,3 мг/л.
Использование механического активатора (мешалки), вращающегося со скоростью 200 оборотов в минуту (мощность привода 0,5 кВт), позволяет достичь при уровне вакуума -0,95 бар остаточного содержания газов на уровне 0,3 мг/л, при уровне вакуума -0,7 бар соответственно 0,6 мг/л.
3
Использование пяти сопел диаметром 1,5 мм, расположенных на боковом торце блока вакумирования и создающих струи жидкости, параллельные длинной оси трубчатого блока вакуумирования и подающих 0,05 м/час воды под давлением 50 бар (потребляемая мощность 1,2 кВт), позволяет достичь при уровне вакуума -0,95 бар остаточного содержания газов на уровне 0,2 мг/л, при уровне вакуума -0,7 бар соответственно 0,4 мг/л.
Приведенные результаты показали, что модификация устройства дегазации позволила повысить десорбцию газа, сорбированного на частицах активного ила в 2-6 раз по сравнению с известными аналогичными решениями, одновременно повышая безопасность и надежность ее работы.