УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ И УДАЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА И ФОСФОРА СТОЧНЫХ ВОД

Изобретение относится к биологической очистке хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод и может быть использовано при очистке стоков малых населенных пунктов и небольших производств, а также в микробиологической промышленности.
Биологическая очистка сточных вод заключается в биохимическом окислении (минерализации) микроорганизмами органических веществ (загрязнений органического происхождения), растворенных и эмульгированных в сточных водах. В минерализации сточных вод участвуют бактерии, которые в зависимости от отношения их к кислороду делятся на две группы: аэробы (использующие при дыхании растворенный в воде кислород) и анаэробы (развивающиеся без свободного кислорода).
Аэробную биологическую очистку осуществляют в условиях близких к естественным (на полях орошения и фильтрации, в биологических прудах) и в искусственно создаваемых условиях, когда жизнедеятельность микроорганизмов интенсифицируется (в аэротенках, аэрофильтрах, биофильтрах).
При анаэробном способе очистки используют метатенки.
Выбор типа сооружений определяется характером и количеством сточных вод, местными условиями, требованиями к качеству очищаемой воды и т.д.
Известна установка для биохимической очистки сточных вод, содержащая цилиндроконический корпус, разделенный перегородками на камеры аэрации и отстаивания, биофильтр, камеру смешения, циркуляционный насос, технологические трубопроводы и колпаки в зоне аэрации (см. А.С. СССР №1761688 по кл. C 02 F 3/02, заявл. 04.01.85, опубл. 15.09.92).
Недостатком этой установки является то, что в ней не решены вопросы задержания грубо дисперсных взвесей и песка, удаления соединений азота
и фосфора, сохранения жизнедеятельности микроорганизмов биомассы в биофильтре и постоянная работа циркуляционного насоса.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту и взятой в качестве прототипа является установка для биологической очистки и удаления соединений азота и фосфора сточных вод, содержащая цилиндроконическую песколовку, камеру смешения, устройство с биофильтром, аэротенком-отстойником и циркуляционным насосом, устройство с денитрификатором и фильтром и систему трубопроводов. При этом камера смешения соединена с всасывающим трубопроводом насоса через сифонирующий трубопровод. К напорному трубопроводу циркуляционного насоса подключен трубопровод подачи иловой смеси в распределительную систему устройства с денитрификатором и фильтром. Последний соединен трубопроводом с установленной над контактным резервуаром приемной камерой для водоструйной эжекции воздуха, обеспечивающего окисление органических загрязнений и нитрификацию аммиака, а также частичному восстановлению нитратов в газообразный азот. Однако это не может обеспечить достаточное снижение концентрации нитратов для сброса очищенных вод в водоемы, поэтому в технологическую схему установки включено устройство денитрификатора с фильтром, при этом, денитрификатор снабжен поскостной или ершовой загрузкой, на которой развиваются факультативные анаэробы, осуществляющие дальнейшее восстановление нитратов в молекулярный азот, и фильтр-минералами, в состав которых входят вещества, способные адсорбировать соединения фосфатов (кальцит, аргонит, известняк) (см. патент РФ №2085515, по кл. C 02 F 3/02, заявл. 24.03.94, опубл. 27.07.97).
Недостатком известной установки являются то, что загрузка первичного биофильтра, представляющая собой, как правило, крупный щебень, (с фракцией 50-70 мм и высотой укладки 2 м) быстро обрастающий при взаимодействии с поступающими концентрированными сточными водами биопленкой, которая затрудняет фильтрацию, поэтому загрузка нуждается в периодической промывке. Осуществление промывки загрузки в известной
установке возможно только вне фильтра, что на практике не выполняется из-за трудоемкости выгрузки и повторного возврата загрузки в фильтр.
В известной установке из аэротенка-отстойника в камеру смешения перекачивается избыточный активный ил, который является реагентом для обработки исходных сточных вод. Избыточный активный ил в сооружениях биологической очистки является веществом лимитируемым, т.е. его много не образуется, поэтому он перекачивается периодически, в то время когда сточные воды в камеру смешения поступают непрерывно в течение суток, т.е. периодическая перекачка не способствует непрерывности технологического процесса очистки от фосфатов и азота аммонийного.
Кроме того, при эксплуатации аэротенка используется дорогое и ненадежное в работе воздуходувное оборудование, т.к. оно часто выходит из строя, а для промывки загрузки фильтра требуется дополнительное строительство накопительной емкости и насосной станции, что увеличивает капитальные затраты.
Задачей полезной модели является повышение надежности и степени биологической очистки сточных вод при снижении капитальных затрат.
Техническим результатом является создание оптимальной установки для глубокой очисти сточных вод за счет введения дополнительного оборудования в виде биофильтра второй ступени, и снабжения биофильтров первой и второй ступени средствами промывки, позволяющими достичь качества очистки сточных вод, отвечающего нормативам выпуска в водоемы рыбо-хозяйственного значения.
Поставленная задача решается тем, что установка для биологической очистки и удаления соединений азота и фосфора сточных вод, содержащая цилиндроконическую песколовку, денитрификатор с ершовой загрузкой, биофильтр первой ступени, отстойники, циркуляционный насос и технологические трубопроводы, согласно полезной модели, дополнительно снабжена биофильтром второй ступени, который заполнен более мелкой фракцией щебня от 15 до 20 мм, а биофильтры первой и второй ступени оснащены
промывными колоннами, выполненными в виде ряда вертикально установленных цилиндрических труб, оснащенными боковыми отверстиями, с возможностью проникновения через них воды в толщу загрузки, при этом, биофильтр первой ступени снабжен вторичным отстойником с циркуляционным насосом, с возможностью перекачивания биологически очищенных сточных вод из вторичного отстойника в денитрификатор и биофильтр второй ступени, а биофильтр второй ступени, снабжен третичным отстойником с промывочным насосом, с возможностью подачи очищенной воды в промывные колонны биофильтров 1 и 2 ступеней.
Проведенные исследования по источникам патентной и научно исследовательской информации показали, что предлагаемая полезная модель неизвестна и не следует явным образом из изученного материала, т.е. соответствует критерию «новизна».
Предлагаемая установка для биологической очистки и удаления соединений азота и фосфора сточных вод может найти применение при очистке стоков малых населенных пунктов и небольших производств, а также в микробиологической промышленности. Она может быть изготовлена с использованием оборудования и материалов, изготавливаемых как отечественной, так и зарубежной промышленностью, следовательно, отвечает критерию «промышленная применимость».
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является то, что:
- установка дополнительно снабжена биофильтром второй ступени, который заполнен более мелкой фракцией щебня от 15 до 20 мм, где осуществляется процесс «почвенной фильтрации», т.е. происходит удаление соединений азота и фосфора в анаэробных условиях, что обеспечивает глубокую доочистку сточных вод по всем показателям до нормы выпуска их в водоемы рыбо-хозяйственного назначения;
- оснащение биофильтров первой и дополнительной второй ступени промывными колоннами, выполненными в виде ряда вертикально установленных
оснащенных боковыми отверстиями цилиндрических труб, а биофильтр второй ступени - третичным отстойником с промывочным насосом, с возможностью подачи очищенной воды в промывные колонны биофильтров 1 и 2 ступеней, обеспечивает предварительное проникновение через них в толщу загрузки биологически очищенной воды, которая является своевременной и нетрудоемкой операцией по промывке с помощью промывочного насоса периодически накапливающейся на поверхности щебня биологической пленки, затрудняющей фильтрацию;
- снабжение биофильтра первой ступени вторичным отстойником с циркуляционным насосом, с возможностью перекачивания биологически очищенных сточных вод из вторичного отстойника в денитрификатор, что многократно улучшает процесс дефосфатации за счет создания анаэробных условий в денитрификаторе. При подаче биологически очищенной воды с незначительной концентрацией загрязнений, которая циркуляционным насосом также подается на биофильтр второй ступени, позволяет осуществить его загрузку более мелким щебнем фракцией 15-20 мм, которая обеспечивает возможность глубокой очистки сточных вод от соединений азота и фосфора, при этом при фракции щебня менее 15 мм (песок) загрузка биофильтра будет забиваться биологической пленкой и процесс промывки в этом случае крайне затруднителен, а при фракции более 20 мм затруднен процесс глубокой очистки, т.к. плохо идет процесс «почвенной фильтрации».
Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели позволяет достичь технического результата, а именно, создания оптимальной установки для глубокой очисти сточных вод за счет введения дополнительного оборудования в виде биофильтра второй ступени, и снабжения биофильтров первой и второй ступени средствами промывки, позволяющими достичь качества очистки сточных вод, отвечающего нормативам выпуска в водоемы рыбо-хозяйственного значения.
Предлагаемая полезная модель представлена чертежом, где на фиг1 изображена технологическая схема установки для биологической очистки и удаления соединений азота и фосфора сточных вод. Установка содержит цилиндроконическую песколовку 1, размещенный за ней первичный отстойник 2, нижняя часть которого выполнена конической для сбраживания выпавшего осадка. С первичным отстойником 2 совмещен сходный с ним по конструкции денитрификатор 3 с ершовой загрузкой (на схеме не показана), предназначенной для накопления в ней биомассы, которая очищает сточные воды от загрязнений. Далее размещен биофильтр 4 первой ступени, снабженный вторичным отстойником 5 с циркуляционным насосом 6. Кроме того, установка снабжена предназначенным для окончательной (глубокой) очистки сточных вод дополнительным биологическим фильтром 7 второй ступени, который снабжен третичным отстойником 8 с промывочным насосом 9, при этом, биофильтры 4 и 7 первой и второй ступени снабжены промывными колонами 10, выполненными в виде вертикально установленных цилиндрических труб, оснащенных боковыми отверстиями, для поступления через них воды в толщу загрузки (щебня), при этом, биофильтр 7 второй ступени заполнен более мелкой фракцией щебня 15-20 мм. Кроме того, циркуляционный насос 6 вторичного отстойника 5 предназначен для перекачивания биологически очищенных сточных вод из вторичного отстойника 5 в денитрификатор 3 и биофильтр 7, а промывочный насос 9 третичного отстойника 8 предназначен для подачи очищенной воды в промывные колонны 10 биофильтров 4 и 7 первой и второй ступеней.
Установку используют следующим образом.
Исходные сточные воды от насосной станции по напорному трубопроводу подаются в цилинроконическую песколовку 1, в которой происходит осаждение минеральных загрязнений. Периодически накопившийся в конусной части песколовки 1 минеральный осадок выпускается на песковую площадку (на черт. не показана). Из песколовки 1 сточные воды по самотечному
трубопроводу направляются в первичный отстойник 2. Осветленная сточная жидкость из отстойника 2 направляется в денитрификатор 3, весь рабочий объем которого предварительно заполнен ершовой загрузкой. В дальнейшем, в денитрификатор 3 вместе с исходными сточными водами циркуляционным насосом 6 будет подаваться биологически очищенная сточная вода из отстойника 5 с максимальным количеством нитратов. В денитрификаторе создаются анаэробные условия, при этом происходит процесс дефосфотации т.е. удаление фосфатов и азота аммонийного. Кроме того, кислород нитратов, которые присутствуют в биологически очищенных сточных водах, окисляет органические загрязнения. Предварительно очищенная и разбавленная сточная вода из денитрификатора 3 поступает в биофильтр 4 первой ступени, в которой происходят процессы нитрификации, при этом биологически очищенная сточная вода, орошающая поверхность загрузки, является питательной средой для микроорганизмов биологической пленки. Поверхность щебенки в процессе эксплуатации по происшествии некоторого времени зарастает биологической пленкой, поэтому возникает необходимость сильным потоком воды вымывать отмершую пленку. Далее биологически очищенная вода вместе с отмершей пленкой из биофильтра 4 первой ступени выносится во вторичный отстойник 5, в котором биологическая пленка оседает на дно. Далее биологически очищенная вода повторно перекачивается циркуляционным насосом 6 в денитрификатор 3, а также в дополнительный биофильтр 7 второй ступени, загруженный щебнем мелкой фракции 15-20 мм, в котором в толще загрузки идут процессы денитрификации («почвенной фильтрации»). Профильтрованная вода отводиться в третичный отстойник 8, где происходит осаждение остатков взвесей и удаленной биопленки. Из третичного отстойника 8 вода по самотечному трубопроводу перетекает в установку УФ-обеззараживания (на схеме не показаны) и далее на выпуск в водоем.
При необходимости, а именно, по мере зарастания загрузки биофильтров 4 и 7 биопленкой биологически очищенная вода из третичного отстойника
8 по напорным трубопроводам промывочным насосом 9 подается в промывные колоны 10, которые установлены в загрузке биофильтров 4 и 7 первой и второй ступени.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая полезная модель обеспечивает повышение надежности и степени биологической очистки сточных вод, что подтверждается приложенными химическими анализами, при снижении эксплуатационных затрат.