УСТАНОВКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТОКОВ

Полезная модель касается биологической очистки бытовых канализационных стоков с использованием активного ила и предназначена для использования в отдельно стоящих коттеджах, приусадебных домах, а также в гостиничных комплексах, школах, спортивных клубах, поселках, предприятиях общественного питания и т.д.
Современное состояние техники
При биологической очистке сточных вод используется активный ил, который представляет собой смесь различных микроорганизмов. Этому илу необходимы для жизни питательные вещества, содержащиеся в сточных водах, он очищает сточные воды посредством потребления питательных веществ. Активационный процесс возможен лишь при окислении органических веществ кислородом воздуха, которое, как правило, осуществляется посредством нагнетания воздуха в активационный резервуар.
Для очистки сточных вод используются как микроорганизмы, плотно приставшие к основанию различных систем биофильтров и биореакторов, которые смачиваются сточными водами, так и активационные системы с илом во взвешенном состоянии, где хлопья ила перемешиваются со сточной водой и воздухом.
Известные до сих пор активационные очистительные установки сточных вод с илом во взвешенном состоянии можно разделить на системы с непрерывным протеканием сточных вод через активационные резервуары и на системы с прерывистым протеканием.
В непрерывной системе очистки сточные воды после грубой предварительной очистки вводятся в активационный резервуар и после необходимого, по технологии периода для очистки, отводятся вместе с активным илом в отдельный вторичный отстойник. В отстойнике происходит осаждение ила, а очищенная вода отводится в выпускное отверстие.
В системе с прерывистым протеканием сточные воды после грубой предварительной очистки подаются в активационный резервуар либо немедленно, либо перекачиваются из уравнительного резервуара. После очистки вод активационный процесс прерывается, то есть останавливается подача воздуха и перемешивание воды в активационном резервуаре, а после осаждения ила очищенная вода перекачивается или стекает в выпуск. Затем снова наполняется активационный резервуар, и описанный цикл повторяется.
Известно устройство для очистки сточных вод активным илом, содержащее корпус с аэротенком, цилиндрической шахтой, осветлителем, отделениями флотации и дегазации, водоподъемные трубы, аэраторы и компрессоры, см. SU №1174385, М. кл. С 02 F 3/02, 1984 г.Это устройство сложно по конструкции и неэффективно при эксплуатации.
Известна также установка для очистки сточных вод, содержащая технологическую емкость - корпус с технологическими отсеками и установленным в них оборудованием, включая датчики уровня, систему аэрации с пятью компрессорами, насосами и аэраторами, подключенную к блоку управления, с возможностью обеспечения прямого и обратного циклов очистки сточной воды, см., RU №2162062, М. кл. С02F 3/00, 95 г.Недостатками этой установки является сложность и ненадежность конструкции, а также отсутствие защиты от аварийных переливов при залповых сбросах стоков или выходе из строя оборудования.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип заявленной полезной модели, является установка для биологической очистки бытовых канализационных стоков, содержащая технологические камеры, включая уравнительную и активационную камеры, датчики уровня, систему аэрации прямого и обратного циклов очистки с, не менее чем, двумя компрессорами, подключенных к насосам и аэраторам расположенных в технологических камерах, которая подключена к блоку управления, с возможностью обеспечения прямого и обратного циклов очистки канализационных стоков, см., RU №37089, С 02F3/00, 30.12.03 г.
Основными недостатками вышеуказанных установок аналогов и прототипа препятствующих достижению технического результата создаваемого заявляемой полезной моделью являются следующее.
Сложная, дорогостоящая система контроля и управления технологическим процессом очистки, включающая в себя электронные контроллеры, электрические насосы, электрические датчики, электрические запорные устройства, предохраняющие электроустройства и значительное количество электрокабелей и электроразъемов внутри очистной установки;
Уязвимость любого электрооборудования к исключительно высокой коррозионной способности активного ила и выделяющихся в ходе очистки газов по отношению к металлам. Электроконтакты, особенно из медных сплавов, внутри очистных установок корродируют и теряют работоспособность в кратчайшие сроки.
Выход из строя хотя бы одного из электроустройств способен вызвать аварийную ситуацию.
Для обслуживания установок и поддержания их в работоспособном состоянии требуются высококвалифицированные специалисты.
Система целевого распределения сжатого воздуха от компрессоров сложна, имеет разветвленную структуру и тупиковые, непроточные участки. Разветвленность системы распределения воздуха вынуждает использовать для равномерного распределения сжатого воздуха регулировочные устройства и (или) калиброванные точечные диффузоры, уязвимые к забиванию пылью. Тупиковые участки с течением длительной эксплуатации, а особенно быстро при даже незначительных нарушениях герметичности аэрационной системы ниже уровня жидкости, например из-за порыва аэрационных пленок, нарушения сварочных швов, трещин, неплотности прокладок и т.п., заполняются илом и загрязнениями. Для устранения загрязнений требуется демонтаж системы и полная разборка загрязненных аэрационных элементов.
Для восстановления работоспособности оборудования очистных сооружений требуется остановка технологического процесса и замена неисправного оборудования на вновь закупаемое. Для ремонта системы аэрации, кроме того, дополнительно требуется полная остановка подачи стоков и осушение рабочих емкостей. За это время выходит из строя биологическая составляющая очистных сооружений, - равновесная система активного ила в совокупности с распределением поступающих загрязнений, нарушается способность активного ила к очистке стоков. Длительный период остановки аэрации активационных отсеков вызывает гибель биомассы активного ила, сопряженную с выделением вредных, в т.ч. и для электрооборудования, газов и интенсивного трупного запаха.
Периодически меняющиеся уровни жидкости в разных камерах часто вызывают значительный перепад уровней жидкости в соседних отсеках, перегородки периодически дополнительно нагружаются, что может привести к нарушению их целостности.
Незначительное нарушение герметичности соединений перегородок приводит к нарушению технологического процесса.
В ходе длительной эксплуатации очистных установок нижние полости отсеков, предусмотренные для активного ила, постепенно заполняются нежелательными осадками: минеральными частицами, не перерабатываемыми мелкими посторонними предметами, остатками первичного ила из канализации, образующимся в ходе биоочистки шлаком, известковыми и жировыми отложениями. Накапливающиеся инертные осадки вытесняют активный ил из рабочих зон, ухудшая работоспособность очистных установок.
Уязвимость работоспособности оборудования установок к гибким синтетическим крупным предметам, широкораспространенным на сегодня в канализационных стоках, таких как капроновые колготки, пластиковые пакеты, синтетические пленки, резиновые изделия, нити, ткани, что легко выводят из строя любой насос, фильтр, аэрлифт, датчик уровня и т.д. и т.п. Как следствие, возникает авария.
Внутри очистных установок не предусмотрено защиты от присутствующих в канализационных стоках камешков, песка, окалины, металлических частиц и мелких предметов.
Техническим результатом и задачей для решения которой предназначена предлагаемая полезная модель является разработка и создание установки для биологической очистки бытовых канализационных стоков, обладающей не сложной в управлении компактной конструкцией, длительным сроком эксплуатации и являющейся экологически безопасной, обеспечивающей высокое качество очистки.
Повышение надежности и долговечности работы при минимальном аппаратном вмешательстве в естественные процессы биоценоза активного ила.
Простота изготовления и исключительное удобство обслуживания.
Максимальная устойчивость к возникновению аварийных ситуаций.
Обеспечение стабильного высокого качества очистки, расширение технологических возможностей путем очистки с непрерывным протеканием загрязнений из отсека в отсек по кругу, что позволяет обойтись без дополнительных стадий и устройств для рециркуляции ила.
Это достигнуто за счет новых технических решений находящихся в причинно - следственной связи с техническим результатом.
Решение указанной задачи и достижение технического результата осуществлено за счет того, что установка для биологической очистки бытовых канализационных стоков посредством активированного ила во взвешенном состоянии содержащая технологические отсеки в том числе уравнительный (денитрификационный) отсек с подводом сточных вод, активационные отсеки, вторичный отстойник, а также отвод очищенной воды, аэрлифты и аэраторы, согласно полезной модели уравнительный отсек оборудован устройством для задержания песка выполненного в виде закрепленной сплошной вставки, образующей с соседними перегородками отстойник-призму с горизонтальным переливом на высоте рабочего уровня жидкости и наклонной решетки от горизонтального перелива до противоположной стенки для улавливания крупных гибких предметов.
Вторичный отстойник содержит наклонную перегородку для удаления пузырьков воздуха и жира из стоков, поступающих из активационного отсека, а также содержит отверстие для перетекания жировой пленки в активационный отсек. Наклонная перегородка образует придонное отверстие для перетекания стоков, после удаления пузырьков и жира, во вторую часть вторичного отстойника для отстаивания и слива очищенной воды через выпускной патрубок.
Отсек минерализации ила содержит навесной мусоросборник в виде съемной сетчатой корзины и переливное отверстие в уравнительный отсек.
Аэраторы соединены воздуховодами в линейные конструкции не имеющими разветвлений и тупиковых зон проточные для воздуха до последовательно соединенного воздуховодом указанного аэрлифта установленного во вторичном отстойнике.
Отсеки уравнительный, активационные, вторичный отстойник соединены придонными отверстиями в нижних углах перегородок.
Крепление аэрационных элементов выполнено на стенках отсеков за подводящие воздуховоды выше рабочего уровня жидкости с помощью упоров и пластин с пазами.
Внутренний диаметр аэрлифта вторичного отстойника выполнен с возможностью перекачивания пленок и других предметов.
Определение прототипа как наиболее близкого аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном устройстве которые изложены в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна» по действующему законодательству.
Результаты поиска показывают, что заявленная полезная модель не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено предписываемых этой полезной моделью преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками направленными на достижение технического результата.
На фиг.1 - предлагаемая установка в плане, схематично при 5 отсеках.
На фиг.2 - разрез по Ж-Ж на фиг.1, схематично.
На фиг.3 - разрез по З-З на фиг.1, схематично.
На фиг.4 - вид И на аэратор фиг.1 с видами К, Л, схематично.
На фиг.5 - схема движения загрязнений внутри очистной установки, в развернутом виде. Горизонтальной штриховкой показана неравномерность содержания ила в разных отсеках и слоях.
На фиг.6 - схема движения загрязнений внутри очистной установки в плане.
На фиг.7 - пример, установка в плане с дополнительным отсеком доочистки, схематично.
На фиг.8 - пример, схема движения загрязнений внутри очистной установки с отсеком доочистки в развернутом виде. Горизонтальной штриховкой показана неравномерность содержания ила в разных отсеках и слоях.
На фиг.9 - пример, схема движения загрязнений внутри очистной установки с отсеком доочистки в плане.
Установка биологической очистки бытовых канализационных стоков (далее установка) содержит следующие технологические отсеки такие как уравнительный, отсек А с патрубком 1 подвода сточных вод, активационные отсеки Б и В, отсек - вторичный отстойник Г, отсек минерализации ила Д.
В указанных отсеках размещено технологическое оборудование включающее устройство для задержки песка в виде закрепленной сплошной вставки 35 образующей с соседними перегородками отстойник-призму 2 с горизонтальным переливом 34 на высоте рабочего уровня жидкости 20 и наклонной решетки 3 от горизонтального перелива 34 до противоположной стенки для улавливания гибкого крупного мусора 26, установленные в уравнительном отсеке А, аэрлифт 4 для перекачивания ила из вторичного отстойника Г в отсек Д минерализации ила.
Отсек Д снабжен навесной съемной сетчатой корзиной 6 являющейся мусоросборником для сбора неразлагающихся включений и вспомогательным аэрлифтом 5 для периодического обслуживания установки по мере накопления избыточного минерализовавшегося ила. Отсек Д имеет рабочий уровень 21 жидкости и соединен отверстием 7 с уравнительным отсеком А выше рабочего уровня 20 отсека А для переливания насыщенной нитратами и фосфатами воды и регенерированного активного ила из отсека Д в уравнительный отсек А, выполняющий функцию денитрификатора непосредственно для удаления нитратов и фосфатов. В отсеке Д размещен аэратор 12 с воздушным краном 28 на патрубке 14 ввода сжатого воздуха.
Установка оборудована патрубком 8 в отсеке Г для вывода очищенной воды.
Отсеки А, Б, В, Г соединены придонными отверстиями 9, 10, 11 в нижних углах перегородок 15, 16, 17 для свободного перетекания ила. Кроме того перегородки 15 и 16 фиг.5 незначительно выступают выше рабочего уровня 20, что позволяет при пенообразовании в активационных отсеках Б и В, свободно перетекать образующейся пене из отсеков Б и В в отсек А, где пена подвергается биопереработке. И напротив, перегородка 17 выполнена не менее чем на 40 см выше рабочего уровня 20, что не позволяет пене перетечь во вторичный отстойник Г, где расположен патрубок 8 для отвода очищенной воды.
Аэраторы 12 фиг.1 соединены воздуховодом 13 в линейные системы, не имеющих разветвлений и тупиковых зон, и проточных для воздуха до последовательно присоединенного аэрлифта 4 вторичного отстойника Г.
Аэратор 12 последнего активационного отсека В соединен воздуховодом с аэрлифтом 4.
Такое соединение воздуховода 13 с аэрлифтом 4 позволяет продувать аэраторы, а также упростить соединение аэраторов и аэрлифта с воздуходувкой 23. Этим достигнут такой технический результат как упрощение конструкции установки и повышение ее надежности.
В существующих аналогах аэраторы и аэролифты каждый самостоятельно соединен своим воздуховодом с воздуходувкой, что осложняет конструкцию приведенных аналогов и прототипа.
Крепление аэраторов 12 осуществлено на стенках отсеков выше рабочего уровня жидкости за подводящие воздуховоды 13 фиг.4 с помощью упоров 24 и пластин 25 с пазами. В системе аэрации полностью исключены точечные распределительные диффузоры, способные забиваться пылью и нарушать проектное распределение сжатого воздуха по оборудованию. Аэраторы 12 не имеют жестких креплений на дне отсеков.
Такое крепление аэраторов позволяет производить техническое обслуживание, профилактические и ремонтные работы без остановки технологического процесса и осушения отсеков установки, что позволяет повысить надежность и долговечность установки как технический результат.
Вторичный отстойник Г содержит наклонную перегородку 18 для удаления пузырьков воздуха в атмосферу и жировой пленки с поверхности в активационный отсек через отверстие 37. Перегородкой 18, выполненной наклонной с образованием придонного отверстия 19 достигнут такой технический результат как упрощение конструкции при сохранении функций так, как в аналогах для удаления пузырьков воздуха дополнительно монтируют специальные устройства для удаления пузырьков и дополнительные устройства с воздуховодами для удаления жировой пленки с поверхности вторичного отстойника.
Источником сжатого воздуха в аэрационной системе служит воздуходувка 23, рабочее давление которой соответствует толщине гидравлического слоя. Предпочтение отдается воздуходувкам мембранного типа с рабочим давлением до 0,4 кгс/см2, учитывая их большой ресурс, нетребовательность в техническом обслуживании, малую шумность и высокое энергосбережение.
Воздуходувка расположена вне установки, не подвергается воздействию выделяемых газов. С установкой очистки воздуходувку 23 связывает только воздуховод 13 с патрубком 14. Ни каких электрических и электронных линий в установке очистки сточных вод не монтируется.
Работу установки осуществляют следующим образом.
Загрязненные стоки через вводной патрубок 1 поступают в уравнительный отсек А, где происходит задержание песка и др. тяжелых частиц отстойником-призмой 2, улавливание и накопление наклонной решеткой случайных гибких крупных предметов: капроновых колготок, пластиковых пакетов, синтетических пленок, нитей, тканей, денитрификация и дефосфатизация потока, поступающего через отверстие 7 из отсека Д минерализации ила т.е. разложение нитратов и фосфатов образующихся в результате разложения органических загрязнений в отсеках Б, В, Г, Д в условиях избытка легко усваиваемых органических питательных веществ и недостатка растворенного кислорода. Этим достигнут такой технический результат как обеспечение высокого качества очистки.
Фекальные включения и другая легкоусваиваемая микроорганизмами органика накапливается в верхней части уравнительного отсека, обозначенные на фиг.2, 5 штриховкой повышенной плотности.
Далее, по мере разложения и растворения загрязнения равномерно вместе с водой самотеком через отверстия 9, 10, 11 последовательно поступают в отсеки Б, В, Г. по кругу поз.22 на фиг.5 и фиг.6.
В отсеке Б происходит усвоение большей части органических загрязнений, аммонификация в результате усвоения активным илом белковых загрязнений, отдувка из сточных вод дурнопахнущих, в результате гнилостных процессов в первичном иле, газов.
В отсеке В, являющимся зоной зрелого активного ила происходит доусвоение трудноусваеваемых органических загрязнений, в условиях недостатка растворенной органики и достаточного уровня растворенного кислорода начинается процесс нитрификации.
Отсек Г является вторичным отстойником. В первой части отсека до наклонной перегородки 19 происходит удаление пузырьков воздуха и жира из воды поступающей из активационного отсека В, во второй части отсека после наклонной перегородки 19 происходит осаждение ила, трудноусваеваемых загрязнений, движущихся по кругу 22 фиг.5, 6, 8, 9, отстаивание очищенной воды и ее вывод через выпускной патрубок 8.
Перегородка 18 не позволяет отдельным хлопьям активного ила, всплывающим на поверхность под воздействием поднимающихся воздушных пузырьков попадать в выпускной патрубок 8 очищенной воды. Всплытие пузырьков и легких хлопьев активного ила под их воздействием происходит только в первой части вторичного отстойника Г, до перегородки 18, через образованное перегородкой придонное отверстие 19 смесь ила и воды проходит во вторую часть отсека только после удаления пузырьков. По мере накопления жировая пленка с поверхности поступает через отверстие 37 в отсек В.
Из отсека Г в отсек Д частично минерализованный ил перекачивают аэрлифтом 4, выполненным в виде вертикального трубопровода с одним коленом, внутрь которого через воздуховод 13 с воздушным краном 27 подают сжатый воздух. Внутренний диаметр аэрлифта 4 является его отличительной особенностью, т.к. в отличие от аэрлифтов используемых в известных установках, в данном случае в соседних отсеках почти нет перепада уровней, и перекачиваемую жидкость необходимо поднять всего на 4-5 см. Работа аэрлифта сводится к подъему ила со дна на поверхность. Внутренний диаметр аэрлифта 4 в зависимости от мощности установки в пределах 100 мм плюс, минус 50% делает его неуязвимым к забиванию пленками и предметами при работе.
В отсеке Д происходит отделение и накопление минерализованного осадка в нижней части отсека, отделение основной части неразлагаемого мусора, такого как синтетические пленки, волокна, фольга, резина, волосы и т.п. в верхней части отсека; для этого отсек Д содержит мусоросборник 6 с ячейками 36 в виде съемной корзины, через которую поток ила подают из отсека Г аэрлифтом 4. По мере заполнения мусором корзину вынимают и очищают вручную.
Кроме того, отсек минерализации ила содержит навесной аэрлифт 5, который не участвует в процессе очистки, но служит при необходимости для удобства обслуживания установки. Для удаления избыточного минерализованного ила из отсека Д один раз в несколько месяцев, при необходимости, поворачивают воздушный кран 29 аэрлифта 5. Размер ячейки 36 корзины 6 выполняют как минимум в 2 раза меньше диаметра аэрлифта 5.
Оставшиеся наиболее активный регенерированный ил, вода, содержащая образовавшиеся в отсеках В, Г, Д, нитраты, фосфаты и другие трудноусваеваемые загрязнения самотеком поступают по кругу 22 фиг.5, 6, 8, 9 через переливное отверстие 7 в уравнительный отсек А. Таким образом цикл очистки замыкается. Осуществлено движение загрязнений, воды и ила внутри предлагаемой установки по кругу.
Пример выполнения установки с отсеком доочистки
При повышенных требованиях к качеству очищенной воды, как правило, при строительстве очистных сооружений большой мощности, к установке дополнительно монтируют отсек доочистки Е - малоаэрируемый биофильтр см. фиг.8, 9 соединенный с отсеком Г переливным отверстием 33, через которое очищенная вода поступает на доочистку биофильтрацией. Доочищенная вода сливается через выпускной патрубок 8 фиг.8, 9.
Биофильтр представляет собой пластиковую емкость наполненную пластиковой инертной загрузкой 30 фиг.8, 9 для закрепления на ее поверхности микроорганизмов активного ила. Загрузка выполнена в виде чередующихся гофрированных и не гофрированных сетчатых пластин с размером ячейки 20-40 мм.
Перегородка 31 предназначена для создания в отсеке Е отстойниковой зоны для накопления образующегося осадка в ходе доочистки воды. Аэрлифт 32 предназначен для периодического откачивания осадка из отсека Е в отсек Д.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о возможности использования полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели с помощью вышеописанных в заявке известных и предлагаемых средств. Следовательно, заявленная установка соответствует требованию «промышленно применимо по действующему законодательству». По предлагаемой установке разработана конструкторская и технологическая документация.
Изготовлен и испытан опытный образец. Испытания дали положительный результат по очистке сточных вод до 98%.
Суммарный эффект всех преимуществ предлагаемой установки: непрерывная работа, отсутствие других энергопотребляющих устройств кроме воздуходувки, отсутствие энергозатрат на перекачивание стоков из отсека в отсек, минимальные затраты на техобслуживание, возможность выполнения ремонтных работ без остановки техпроцесса, минимизация в установке узлов требующих периодической замены, позволит при эксплуатации значительно повысить КПД предлагаемой установки по сравнению с аналогами.