УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области биологической очистки сточных вод, а более конкретно, к установкам для биологической очистки сточных вод, оснащенных мембранным модулем.
Известна установка для биологической очистки сточных вод, состоящая из биореактора ULTRAFOR 1, оснащенного трубопроводом подачи очищаемой воды, системой аэрации, погружным мембранным фильтром и патрубком отвода из него очищенной воды (см. DEGREMONT, Технический справочник по обработке воды, второе издание. Водоканал, Санкт-Петербург, 2007 г., т.2. стр.917).
Недостатком известной установки является снижение ее производительности из-за образования на поверхности мембран осадка коллоидной структуры, что влечет за собой необходимость создания узла для реагентной обработки воды и образование вторичных отходов.
Известна установка для биологической очистки сточных вод от азота, фосфора и других органических соединений, состоящая из трех камер - анаэробной с мешалкой, аэробной с полимерной насадкой и камеры фильтрации, оснащенной половолоконным мембранным модулем; аэробная камера разделена, в свою очередь, экранами на три секции, сообщающиеся через верхние кромки экранов или под нижними их кромками, в средней из секций созданы аэробные условия, а в двух других - аноксичные. Трубопровод определенной конфигурации - с углом наклона - 20-90° по отношению к его горизонтальному участку, соединяющий анаэробную и аэробную камеры, обеспечивает переток сточных вод из первой камеры во вторую. Аэробная камера и камера фильтрации соединены между
собой заглубленным трубопроводом, а камера фильтрации соединена переливным лотком, обеспечивающим рециркуляцию активного ила в анаэробную камеру (см.патент ЕР №1484287, МПК: C02F 3/30, C02F 3/12 с приоритетом Португалии 01.02.2002 г, опубл. 08.12.2004 г.).
Недостатком известной установки является сложность ее конструкции, обусловленная наличием дополнительных секций в аэробной камере, снабженной узлами сложной конфигурации.
Известна установка для биологической очистки сточных вод, наиболее близкая по назначению и технической сущности к заявляемой, состоящая из узла предочистки, биореактора, оснащенного системами аэрации, циркуляции активного ила из нижней части биореактора в верхнюю его часть с насосом и форсуночным узлом распределения активного ила, камеры обработки, суспензии в центробежном поле, обеспечивающей разбивание хлопьев при вращении, мембранного сепаратора, циркуляционной системы между мембранным сепаратором и биореактором, трубопроводов подачи очищаемой воды и отвода очищенной воды и узла доочистки. При этом система аэрации выполнена в виде трубчатых мембран и лопастных мешалок (см.патент DE №10105221, МПК C02F 3/12 с приоритетом 02.02.2001 г., опубл. 08.08.2002 г.).
Недостатками известной установки являются:
- сложность конструкции, обусловленная: наличием циркуляционной системы активного ила и его распределения в биореакторе, мембранной системы аэрации с лопастными мешалками, создающими, в силу интенсивной турбулизации, неблагоприятные условия для образования хорошо структурированных хлопьев в суспензии активного ила;
- недостаточно высокая производительность, обусловленная как использованием лопастных мешалок,
так и наличием центрифуги для разбивания хлопьев суспензии вращением в центробежном поле, что является предпосылкой для ухудшения фильтруемости суспензии в процессе мембранной сепарации, не устраняющей образование коллоидного осадка на поверхности мембран;
- увеличение стоимости процесса, чему способствует все вышеизложенное, а также использование локального насоса в циркуляционной системе биореактора и электродвигателя центрифуги.
Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение, повышение производительности установки и ее удешевление.
Технический результат достигается тем, что установка для биологической очистки сточных вод, включающая узел предочистки, биореактор с системой аэрации, мембранный сепаратор с погружным мембранным модулем и патрубок отвода очищенной воды, трубопровод подачи очищаемой воды, рециркуляционный трубопровод между мембранным сепаратором и биореактором и узел доочистки воды, снабжена струйным трубчатым реактором, оснащенным направляющими продольными трубками, гидравлически сообщенным с биореактором, в нижней части мембранного сепаратора размещена перфорированная диафрагма, в днище сепаратора вмонтирован центральный трубопровод подачи суспензии из струйного трубчатого реактора, а соотношение шага кассет мембранного модуля, образованных половолоконными мембранами, закрепленными в верхней части кассет, к высоте модуля составляет 1:8÷1:40.
На чертеже представлена установка для биологической очистки сточных вод.
Установка для биологической очистки сточных вод состоит из узла предочистки 1 с трубопроводом для подачи исходной воды 2, биореактора 3 с системой аэрации 4, гидравлически сообщенного со струйным трубчатым реактором 5, снабженным распределительными устройствами 6 на входе и выходе и оснащенным направляющими продольными трубками 7, погружного мембранного сепаратора 8, снабженного мембранными модулями 9 с кассетами 10; над днищем мембранного сепаратора 8 размещена перфорированная диафрагма 11. В днище мембранного сепаратора 8 вмонтирован центральный трубопровод 12 для подачи суспензии из струйного реактора 5 в мембранный сепаратор 8. Пучки половолоконных мембран закреплены в верхней части кассет 10, при этом соотношение шага кассет 10 к высоте модуля 9 составляет 1:8÷1:40.
Установка включает рециркуляционный трубопровод активного ила 13, размещенный между мембранным сепаратором 8 и биореактором 3, узел доочистки 14 с патрубком отвода очищенной воды 15. Установка включает также патрубок отвода активного ила на обезвоживание 16.
Установка для биологической очистки сточных вод работает следующим образом:
Исходная вода по трубопроводу ее подачи 2 поступает в узел предочистки 1, выполненный, например, в виде граблин и фильтров, и далее в биореактор 3, куда из мембранного сепаратора 8 рециркуляционным трубопроводом 13 подается отделенный в процессе сепарации на половолоконных мембранах активный ил. В биореакторе 3, оснащенном системой аэрации 4, например, в виде мембранных аэраторов, происходит процесс флокуляции - образования хлопьев органических макромолекул, сверхклеточных полимеров и нитевидных микроорганизмов, и биосорбции в режиме «мягкого перемешивания». Полученная суспензия посредством
распределительного устройства 6 поступает в струйный трубчатый реактор 5, оснащенный направляющими продольными трубками 7, где в благоприятных условиях распределения и плавного течения потока суспензии активного ила продолжается процесс биосорбции с образованием однородных, хорошо структурированных хлопьев. В результате вышесказанного получается легко разделяемая при мембранной сепарации суспензия. Последняя поступает через распределительное устройство 6 струйного трубчатого реактора 5 и центральный трубопровод 12 снизу в мембранный сепаратор 8 и распределяется, проходя через перфорированную диафрагму 11. Распределенный поток суспензии, поднимаясь вверх, как бы раскрывает пучки половолоконных мембран, закрепленные в верхней части кассет 10, объединенных в модули 9, омывая их поверхность со всех сторон, что способствует уменьшению образования коллоидного осадка на поверхности мембран. В мембранном сепараторе 8 при контакте с поверхностью половолоконных мембран происходит процесс мембранного разделения с отводом очищенной воды из верхней части сепаратора 8. Часть отделенного в процессе мембранной сепарации активного ила по рециркуляционному трубопроводу 13 подается в биореактор 3, а часть активного ила выводится из установки на обезвоживание через патрубок отвода активного ила 16. Очищенная вода из мембранного сепаратора 8 поступает в узел доочистки 14, представляющий собой фильтр с адсорбентом, например, активированным углем, и устройство для обеззараживания и через патрубок отвода очищенной воды 15 выводится за пределы установки.
Заявляемое соотношение шага кассет 10, образованных пучками половолоконных мембран, закрепленных в верхней части кассет 10, к высоте мембранного модуля 9-1:8÷1:40 обеспечивает максимальный доступ диффузионных потоков разделяемой суспензии
к поверхности раскрываемых пучков половолоконных мембран, что влечет за собой повышение производительности мембранного сепаратора и установки в целом.
При соотношении шага кассет к высоте модуля менее 1:8 уменьшается «раскрытие» мембранных пучков модуля, что уменьшает доступ к ним диффузионных потоков за счет снижения площади контакта и следствием чего является снижение производительности.
При соотношении шага кассет к высоте модуля более 1:40 увеличивается стоимость установки за счет необходимости использования более мощного насоса для подачи суспензии, т.е. увеличения энергоемкости установки.
Для очистки мембран кассет 10 модуля 9 периодически осуществляют обратную подачу в полые волокна чистой воды под давлением по известной технологии.
Предложенная установка для биологической очистки сточных вод по сравнению с известной обеспечивает:
- упрощение конструкции за счет исключения циркуляционной системы активного ила и его распределения в биореакторе, лопастных мешалок мембранной системы аэрации, создающих, в силу интенсивной турбулизации, неблагоприятные условия для образования хорошо структурированных хлопьев в суспензии активного ила и локального насоса;
- повышение производительности установки, обусловленное исключением лопастных мешалок и заменой камеры обработки суспензии в центробежном поле струйным трубчатым реактором, оснащенным трубками, где в условиях равномерного распределения по трубкам и плавного течения потока продолжается процесс
биосорбции с образованием однородных хорошо структурированных хлопьев, легко отделяемых в процессе сепарации; последнее значительно уменьшает образование осадка на поверхности мембран;
- удешевление процесса очистки.
Таким образом, предложенная установка по сравнению с известной повышает производительность примерно на 20-25%; стоимость установки снижается примерно на 25-30%.