БЫТОВАЯ СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Область техники.
Техническое решение относится к малым бытовым установкам очистки сточных вод, которая оказывает воздействие на сточные воды активным илом во взвешенном (свободном) состояни, в режиме прерываемой деятельностью потока сточных вод.
Современное состояние техники.
Для очистки сточных вод от небольших источников загрязнения, такие как дома для одной семьи, группы домов, пансионатов, ресторанов и т.д. используются различные типы установок. Наиболее распространенными являются системы, в которых сточные воды очищаются активным илом, представляющим собой смесь микроорганизмов, которым для своей жизнедеятельности необходимы органические загрязнения сточных вод и, одновременно, кислород, который поступает в воду из аэрационного устройства. Для очистки служит активирующая емкость, в которую сточные воды обычно попадают после отстранения грубых фракций. В нем сточные воды задерживаются на время, необходимое согласно технологии, и смешиваются с активированным илом при одновременной аэрации. Плотность активного ила больше, чем плотность воды, поэтому после окончания перемешивания содержимого активационной емкости очищенная вода отделяется от ила, который оседает на дно емкости.
В практике применяются два основных типа станций очистки сточных вод, различающихся по способу отделения очищенной воды: с непрерывным потоком воды, проходящей через активационную емкость, и с активационной емкостью с прерываемым потоком. В методе непрерывного потока за активационной емкостью расположен отдельный неаэрируемый вторичный отстойник, в который непрерывно подается смесь очищенной воды с илом из активационной емкости. Ил оседает на дно вторичного отстойника, а очищенная вода уже без ила, самотеком выходит из очистного сооружения.
Станции очистки сточных вод с прерываемым потоком не имеют вторичного отстойника. Процесс биологической очистки происходит в период наполнения активационной емкости от минимального уровня до максимального уровня, или даже после заполнения активационной емкости. Потом процесс переходит к фазе седиментации, когда емкость не аэрируется и не перемешивается, а затем настает фаза перемещения чистой воды до стока посредством эрлифта. Известны системы с выравнивающей емкостью на входе, где сточные воды накапливаются во время седиминтации (осаждения) ила на дно активационной емкости и в период перекачивания очищенной воды, когда нежелательно, чтобы сточные воды поступали в активационную емкость.
Также известны технические решения без приемной камеры, где поток сточных вод направляется в нижнюю часть активационной емкости на период седиминтации, даже и во время перекачки очищенной воды, при этом откачка очищенной воды осуществляется так, чтобы не допустить перемешивания неочищенной воды с очищенной водой.
Кроме этого, известны технические решения, когда сточные воды из приемной камеры после фазы седиментации перекачиваются на дно активирующей емкости и, таким образом, выталкивают со дна поверхностный слой очищенной воды в сливной желоб.
Для откачки слоя очищенной воды в сток существуют разнообразные технические решения, причем действует правило, что чем меньше размер станции очистки сточных вод, тем труднее построить простое, дешевое и надежное отводное оборудование. Обязательным условием такого оборудования является возможность быстрой откачки слоя очищенной воды при отсутствии поднятия осадков и ила. Как правило, слой осадка после осаждения достигает глубины от 30% до 60% наполняемости активирующей емкости.
Выгодно откачивать очищенную воду, находящуюся немного ниже поверхностного слоя, так как при этом плавающий мусор остается на поверхности. Для этого используются, например, электрические погружные насосы, установленные на поплавках, где поплавок с насосом поднимается и опускается с уровнем воды в активационной емкости или используется гибкий шланг, оканчивающийся поплавком. В ряде случаев насос или сопло насоса прочно закрепляются на постоянной высоте над слоем осадка ила.
В общем случае, отводные устройства, в которых приток очищенной воды движется с поверхности, имеют преимущество значительного сокращения времени седиментации, при этом обеспечивая большую безопасность относительно устройств с использованием откачивания отстоявшегося ила в сток. Их недостатком, как правило, является высокая степень риска нарушения работы всей системы, так как в сточных водах содержатся и отходы, которые попадают в активирующую емкость и при этом биологически не разрушаются и накапливаются, а при аэрации забивают активационную емкость и ее элементы. Устройства с фиксированным входом менее подвержены поломкам, но требуют значительно более длительного оседания (седиментации), а если не проводить регулярной откачки из активационной емкости (в илонакопитель) избыточного ила, то уровень осажденного ила после седиментации может достигнуть уровня сопла насоса чистой воды, а затем попасть в очищенную воду.
Еще одним важным недостатком известных решений для малых очистных сооружений является трудность регулирования мощности относительно фактического количества сточных вод, так как реальная нагрузка редко соответствует проектной мощности станции и нет разницы, указывается ли количество сточных вод или концентрация органических загрязнений. Регулирование, используемое в крупных установках для очистки сточных вод, не представляется возможным для небольших станций, в частности, по экономическим причинам. В них применяются только вручную установленные таймеры, которыми регулируется функциональное время компрессора, на основании количества пользователей, использующих объект. На практике это приводит к излишней трате электроэнергии и, кроме того, при недостаточной органической нагрузке сточных вод и избытка поставляемого кислорода существует угроза прекращения биологического функционирования станции, особенно в длительном периоде с низкой или нулевой нагрузкой сточных вод.
Суть технического решения.
Вышеизложенные недостатки устраняются предлагаемой бытовой станцией очистки сточных вод, состоящей из приемной камеры, связанной с активационной емкостью, в которой расположен циркуляционный насос для перекачки сточных вод в приемную камеру, насос избыточного ила с выводом в илонакопитель осадка и оборудование для перекачивания очищенной воды в сток. В соответствии с техническим решением приток сточных вод из приемной камеры в активационную емкость ведется к нижней части, с выводом ко дну активационной емкости. Транспортное оборудование для перекачивания очищенной воды из активационной емкости в сток подключено к емкости чистой воды, которая связана с напорной трубой насоса чистой воды. В накопителе чистой воды установлен наполняющий насос, напорная труба которого соединена с емкостью чистой воды.
Приток сточных вод в активационную емкость состоит из отверстия в общей стене притоковой камеры и активационной емкости. Отверстие в стене создано ниже уровня сточных вод в приемной камере, или на уровне поверхности сточных вод в приемной камере; для водослива в активационную емкость слив через отверстие в стене осуществляется в трубку, размещенную в активационной емкости. Горловина трубки находится у дна активационной емкости. Отверстие в совместной стене также может быть расположено у дна обеих емкостей.
Сконструированные таким образом бытовые станции очистки сточных вод конструктивно просты и надежны при эксплуатации с минимальными требованиями на обслуживание, где потребление электроэнергии соответствует фактической нагрузки станции очистки сточных вод. Их другим преимуществом является скорость откачки очищенной воды при сохранении требуемого качества очищенной воды.
На прилагаемых чертежах приведены различные фазы работы и варианты выполнения бытовой станции очистки сточных вод (СОСВ) согласно полезной модели. На рис.1 изображена фаза наполнения реактора СОСВ, на рис.2 показана фаза седиментации с отдельным илонакопителем, на рис.3 показана фаза откачки очищенной воды из бытовой станции очистки сточных вод. На рис.1, 4 и 5 изображены различные варианты соединений приемной камеры и активационной емкости.
Примеры технических решений.
Сточные воды через приток 1 поступают в приемную камеру 2, где остаются крупные фракции, а далее сточные воды поступают ко дну 6 активационной емкости 4. Одновременно происходит аэрация активационной емкости 4 первым аэрационным устройством 24, соединенным с компрессором 25 через распределитель 27 первым впуском 32 воздуха. Уровень воды в приемной камере 2 и активирующей емкости 4 постепенно повышается с минимального уровня 21 на максимальный уровень 23. В начале, или в течение всего срока наполнения активационной емкости 4, аэрируется первым впуском 32 воздуха, а также транспортное устройство 12, чтобы в него не могли попасть нечистоты в период аэрации активационной емкости 4. Высота уровня воды в обеих емкостях 2, 4 снимается, например, сенсором давления 26, который обычно расположен в активационной емкости 4 в трубке 5, но также может быть установлен в приемной камере 2, если отверстие 3 находится ниже минимального уровня 21. Одновременно находится в работе циркулирующий насос 18 с напорной трубой 17, ведущей в приемную камеру 2. Смешивание сточных вод с активированным илом в активационной емкости 4 при наличии растворенного воздуха приводит к биологической очистке сточных вод. Во время аэрации активационной емкости 4 часть активированной смеси перекачивается из активационной емкости 4 в приемную камеру 2, в которой в это время нет аэрации, где смешивается с неочищенной водой и приводит к частичной денитрификации, а затем возвращается обратно в активационную емкость 4. В активационную емкость 4 эта смесь возвращается через отверстие 3 в общей стенке 9 приемной камеры 2 и активационной емкости 4, расположенной ниже уровня 21, как изображено на рис.1, 2 и 3, или на уровне 23 поверхности сточных вод согласно рис.5. На рис.4 создано отверстие 3 активационной емкости 4. На рис.1, 2, 3 и 5 показано отверстие 3, которое гидравлически связано с трубкой 5, расположенной в активационной емкости 4 и доходящей до ее дна, что препятствует смешиванию неочищенной и очищенной воды в период седиминтации и в период откачки очищенной воды из активационной емкости 4. Для обеспечения безотказной работы станции очистки сточных вод необходимо, чтобы нижнее отверстие трубы 5 в активационную емкость 4 всегда находилось под уровнем 29 поверхности ила после его осадки у дна 6 активационной емкости 4. На рис.5 изображен вариант, когда приток 1 сточных вод приводится в приемную камеру 1, которая одновременно имеет функцию емкости первоначальной седиментации и илонакопителя. В этом случае отверстие 3 между приемной камерой 2 и активирующей емкостью 4 располагается на уровне, или на небольшом расстоянии от максимального уровня 23. Достижение максимального уровня 23 водой в активационной емкости 4 приведет немедленно или через некоторое заданное время к окончанию аэрации и началу аэрации в приемной камере 2, в которой начнется интенсивное перемешивание другим аэрационным устройством 30, присоединеным к распределителю 27 подводом 33 воздуха. Это также приведет к разрушению грубых органических фракций. Мощность компрессора 25, таким образом, эффективно использована и в тот период, когда не аэрируется активационная емкость 4. В активационной емкости 4 в то время проходит фаза седиментации ила у дна 6. Максимальный уровень 23 воды стабилизирован или продолжает дальше подниматься вследствие дальнейшего притока сточных вод в приемную камеру 2. Активированный ил постепенно оседает у дна 6 до переменного уровня 29 поверхности ила. Частично или в течении всего времени седиментации происходит наполнение емкости 10 насоса 11 очищенной воды наполняющим насосом 14 с накопителя 13 чистой воды. Этим достигается увеличение уровня очищенной воды в емкости 10 над уровнем максимальной поверхности 23 в активирующей емкости 4, что необходимо для последующей фазы откачки очищенных вод из активационной емкости 4 насосом 11 очищенной воды; станция очистки сточных вод, таким образом, подготовлена к отводу очищенной воды. Если станция очистки сточных вод оборудована самостоятельным илонакопителем 8, то в этой фазе в работе находится и насос 31 избыточного ила с напорной трубой насоса избыточного ила 7. Насос 31 избыточного ила имеет входную часть, вток которого расположен над дном 6 активационной емкости 4 на высоте 15-50% глубины 22 активационной емкости 4 при максимальном уровне 23 воды.
После окончания седиментации начинается фаза откачки очищенной воды. При постоянной аэрации приемной камеры 2 приводится в действие насос 11 очищенной воды, который откачивает очищенную воду из под поверхностного слоя активационной емкости 4 транспортным устройством 12 в емкость 10 и затем, через напорную трубу 19 насоса чистой воды, подает очищенную воду в накопитель чистой воды 13. После наполнения накопителя 13 до уровня второго водослива 15, очищенная вода оттекает в сток 16 со станции очистки сточных вод или в непредставленную емкость третичной очистки, которая обычно создается с песчаными или мембранными фильтрами. Так как гидравлическая мощность наполняющего насоса 14 намного меньше, чем гидравлическая мощность насоса 11 очищенной воды, то оба насоса могут работать одновременно. В случае необходимости остается работающим и далее насос 31 избыточного ила. С точки зрения гидравлической нагрузки для станции очистки сточных вод выгодней состояние, пока при фазе откачивания чистой воды наполняющие насосы 14 и насос 31 излишнего ила уже выключены. Так как производительность насоса 11 очищеной воды позволяет быстрее откачивать очищенную воду, чем в станцию очистки прибывает новый приток сточных вод, это приводит к понижению воды в активационной емкости 4 с максимального уровня 23 на минимальный уровень 21. При достижении минимального уровня 21 выключится насос 11 очищеной воды и блок управления 28 выключит аэрацию в приемной камере 2 и включит аэрацию в активационной емкости 4; в результате снова начнется фаза заполнения активационной емкости 4. В бытовых станциях очистки сточных вод перемещается небольшое количество воды, и поэтому можно с выгодой использовать воздушные насосы, подключенные к центральной разводке воздуха с компрессора 25, как показано на рис.5. Воздушные насосы управляются неизображенными электрическими клапанами с блока управления 28.