УСТРОЙСТВО ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройству для биологической очистки сточных вод и может быть использована на любых очистных сооружениях.
Известно устройство по патенту РФ №2035401 (опубл. 20.05.95 г.), содержащее аэротенк, вторичный отстойник, трубопровод подачи исходных сточных вод в аэротенк, напорный и всасывающий трубопроводы возвратного активного ила из вторичного отстойника в аэротенк, насосную станцию, перепускные трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, присоединенные к напорному трубопроводу возвратного ила и трубопроводу иловой смеси. Устройство дополнительно содержит два теплообменника, установленные последовательно с возможностью взаимодействия с исходными сточными водами, также содержит тепловой насос с компрессором, дросселем, конденсатором и испарителем. При этом первый теплообменник подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после вторичного отстойника, второй теплообменник посредством циркуляционного контура соединен с конденсатором, а испаритель подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после первичного теплообменника.
Недостатком данной полезной модели является то, что при запуске теплового насоса при низкой температуре поступающей сточной воды выходят из строя трубопроводы и тепловой насос, происходит гибель активного ила и как следствие, полное отсутствие очистки сточных вод и загрязнение водных и земных объектов.
Наиболее близким к заявленному решению является устройство по патенту РФ №93387 (опубл. 20.05.2010 г.), содержащее аэротенк, вторичный отстойник, трубопровод подачи исходных сточных вод, трубопровод очищенных сточных вод, теплообменники, тепловой насос с
компрессором, дросселем, конденсатором и испарителем, устройство дополнительно включает три теплообменника, водонагревательное устройство, при этом третий теплообменник соединен с трубопроводом исходных сточных вод, а контур теплообменника с водонагревательным устройством.
Недостатком данной полезной модели является то, что при температуре сточной воды выше +25°С уменьшается скорость нитрификации в связи с уменьшением в воде растворенного кислорода, происходит снижение жизнедеятельности активного ила и ухудшение качества очистки воды по биогенным элементам, что ведет к эвтрофикации водоемов.
Предлагаемой полезной моделью решается задача при пониженных и повышенных температурах поступающих на очистку сточных вод.
Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения арсенала устройств для биологической очистки воды с устойчивой и стабильной работой.
Технический результат заключается в реализации этого назначения, в предотвращении эвтрофикации водоемов, поддержании благоприятной температуры для жизнедеятельности активного ила, и скорости нитрификации.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для биологической очистки сточных вод, содержащем аэротенк, вторичный отстойник, трубопровод подачи исходных сточных вод, трубопровод очищенных сточных вод, теплообменники, тепловой насос с компрессором, дросселем, конденсатором и испарителем, в устройство дополнительно введены контроллер, реверсивное устройство, датчик температуры, при этом датчик соединен с контроллером, который управляет реверсивным устройством.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что оно включает контроллер, реверсивное устройство, датчик температуры, при этом датчик соединен с контроллером, который управляет реверсивным устройством.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается стабильная работа очистных сооружений при пониженных и повышенных температурах поступающих на очистку сточных вод.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежом.
Устройство для биологической очистки сточных вод включает: аэротенк 1, вторичный отстойник 2, трубопровод подачи исходных сточных вод 3, трубопровод очищенных сточных вод 4, теплообменники 5, 6, 7, тепловой насос 8, водонагревательное устройство 9, контроллер 10, реверсивное устройство 11, датчик температуры 12, клапан 13, клапан 14.
Принцип работы. Неочищенные сточные воды подаются через трубопровод подачи исходных сточных вод 3. В данном трубопроводе закреплен датчик температуры воды 12. Показания датчика передается в контроллер 10 управления тепловым насосом 8. Контроллер 10 управляет реверсивным устройством 11. При температуре воды 14-25°С тепловой насос 8 не работает, ввиду того, что данная температура благоприятна для жизнедеятельности активного ила. При снижении температуры ниже 14°С контроллер 10 через реверсивное устройство 11 открывает клапан 14, начинает работать второй теплообменник 6, который передает тепло неочищенным стокам, доводя температуру до 14°С и выше. Контур подводящих и отводящих труб от теплового насоса 8 до теплообменника 6 заполнен термосолом. При температуре воды ниже 6°С контроллер 10 включает в работу водонагревательное устройство 9, начинает работать первый теплообменник 5, передающий тепло сточным водам и доводя температуру до 6°С, далее температура стоков повышается до 14°С от теплообменника 6. Контур подводящих и отводящих труб от водонагревательного устройства 9 до теплообменника 5 заполнен термосолом. При температуре воды выше 25°С, контроллер 10 через реверсивное устройство 11 открывает клапан 13, включается второй теплообменник 6, но в этом случае происходит снижение температуры сточных вод до 25°С. При любой температуре сточных вод поступающих на очистку после прохождения теплообменников 5 и 6, температура воды в аэротенке 1 равна 14-25°С, что благоприятно для биологической очистки сточных вод. После аэротенка 1 вода поступает в отстойник 2, где установлен третий теплообменник 7. Данный теплообменник работает в двух режимах:
1 режим - при температуре воды, поступающей на биологическую очистку, ниже 14°С, отбирает тепло очищенных сточных вод и передает тепловую энергию неочищенным сточным водам через второй теплообменник 6;
2 режим - при температуре воды, поступающей на биологическую очистку, выше 25°С, передает тепло очищенным сточным водам, охлаждая при этом неочищенные стоки до 25°С с помощью теплообменника 6.
Загрязненные сточные воды в разных регионах Росси имеют широкий диапазон температуры воды. Влияние температуры сточных вод на концентрацию кислорода в аэротенках осуществляется из-за изменения активности жизнедеятельности микроорганизмов. Для стабильной работы биологических очистных сооружений, температура сточных вод в аэротенках должна быть 14-25°С. Повышение температура за пределы физиологической нормы - 25°С, приводит к частичной гибели микроорганизмов, снижению жизнедеятельности активного ила, уменьшению скорости нитрификации в связи с уменьшением в воде растворенного кислорода и ухудшению качества очистки воды по биогенным элементам, что ведет к эвтрофикации водоемов. Понижение температуры ниже 14°С вызывает снижение активности микроорганизмов, уменьшение потребления кислорода и, как следствие, ухудшению качества очистки. Применение установок известного типа при отсутствии регулирования температуры - снижения повышенной температуры до 25°С неочищенных сточных вод перед аэротенками не обеспечивает требуемые показатели загрязняющих веществ после очистки.
Отличие заявленной модели заключается в следующем. При температуре поступающих сточных вод выше +25°С, тепловой насос 8 не работает. В этом случае происходит частичная гибель микроорганизмов, снижение жизнедеятельности активного ила, уменьшение скорости нитрификации в связи с уменьшением в воде растворенного кислорода и ухудшение качества очистки воды по биогенным элементам. Это ведет к эвтрофикации водоемов и повышению эксплуатационных расходов на увеличение подачи кислорода в аэротенки. В нашем устройстве при температуре поступающих сточных вод выше +25°С датчик температуры 12 посылает сигнал в контроллер управления 10 тепловым насосом 8. Контроллер управления 10 запрограммирован так, что при температуре выше +25°С включается реверсивное устройство 11, которое направляет пары хладагента в обратном направлении через клапан 13 теплового насоса 8, а клапан 14 перекрывается. Конденсатор теплового насоса выполняет функцию испарителя, а испаритель выполняет функцию конденсатора. Дроссель теплового насоса работает в обратном режиме потока хладагента. В этом режиме второй теплообменник 6 отбирает тепло поступающих сточных вод до +25°С и переносит через теплообменник 7 очищенным стокам. Если температура поступающих сточных вод становится ниже +25°С, то тепловой насос отключается.
Таким образом, заявленная модель в автоматическом режиме регулирует значение температуры поступающих сточных вод. При температуре воды 14-25°С тепловой насос 8 не работает, при температуре ниже 14°С происходит подогрев сточных вод, при температуре выше 25°С теплообменник снижает ее до необходимого значения, обеспечивая оптимальную среду для жизнедеятельности микроорганизмов. Следствием оптимального режима жизнедеятельности микроорганизмов активного ила, является очистка сточных вод до нормативных показателей с наименьшими затратами на обслуживание.
3
Пример: количество поступающих сточных вод - 4 м/час, температура поступающих сточных вод 30°С, тепловая энергия 240 ккал. Теплообменник 6 понижает температуру сточных вод на 5°С, доводя температуру до 25°С, количество теплоты снижается до 200 ккал. После отстойника теплообменник 7 повышает температуру очищенных сточных вод на 5°С и на выходе из устройства для биологической очистки воды температура равна 30°С. Таким образом, тепловой насос переносит тепловую энергию с неочищенных сточных вод, подлежащих биологической очистке, на очищенные воды.
Устройство для биологической очистки воды применяется на объектах, где температура сточных вод колеблется в широких диапазонах.
Охлаждение и подогрев сточных вод производится в автоматическом режиме. Возможность изменения теплоты очищенных сточных вод позволяет установить необходимую температуру неочищенных сточных вод на входе в аэротенк и тем самым снизить: эксплуатационные расходы, повысить уровень очистки сточных вод по загрязняющим веществам, повысить надежность процесса биологической очистки. В предложенном устройстве при высокой температуре неочищенных сточных вод происходит автоматическое снижение температуры до оптимальной, при которой обеспечивается устойчивая биологическая очистка. Использование данного устройства для биологической очистки сточных вод обеспечивает по сравнению с известными способами стабилизацию температурного режима в автоматическом режиме в аэротенке, при высоких или низких температурах поступающих сточных вод независимо от продолжительности поступления на очистку.
В таблице отображены показатели по очистке хозяйственно-бытовых сточных вод.
Показатель (на выходе из устройств биологической очистки)
Прототип 93387 (температура входящих сточных вод 35-40°)
Прототип 93387 (температура поступающих сточных вод 25-35°)
Заявляемая модель (температура поступающих сточных вод 25-40°)
Биохимическое потребление кислорода, мг/л
150-180
20-30
6-10
Химическое потребление кислорода, мг/л
200-350
50-100
20-30
Взвешенные вещества, мг/л
100-150
20-30
6-10
Азот аммонийный NH4, мг/л
15-18
5-8
<2
По данным таблицы видно, что оптимальные показатели очистки воды получаются с использованием заявляемой модели. В первом прототипе с температурой входящих сточных вод 35-40° происходит частичная, а затем полная гибель микроорганизмов активного ила, что ведет к загрязнению водоемов неочищенными сточными водами и эвтрофикации водоемов. Во втором прототипе с температурой входящих сточных вод 25-35° происходит уменьшение скорости нитрификации в связи с уменьшением в воде растворенного кислорода, происходит снижение жизнедеятельности активного ила и ухудшение качества очистки воды по биогенным элементам
В заявленной модели при температуре входящих сточных вод выше +25°С показатели качества очищенных сточных вод соответствуют предельно-допустимым концентрациям сброса их в водоемы