Аэрационное устройство очистки сточных вод

Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к области коммунального хозяйства и может найти свое применение для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на дачных, приусадебных участках или домах частного сектора.
Уровень техники
Задача утилизации сточных вод, загрязненных бытовыми отходами и отходами естественной жизнедеятельности, является особенно актуальной при ведении хозяйства в условиях отсутствия централизованного водоснабжения и канализации. Сбрасываемые в окружающую среду воды не должны обладать микробиологической и химической активностью за пределами установленных ПДК.
В известном уровне техники обезвреживание и обеззараживание осадка сточных вод могут быть осуществлены одним из следующих способов:
- термофильным сбраживанием термосушкой;
- облучением инфракрасными лучами (камера дегельминтизации);
- пастеризацией;
- аэробной стабилизацией;
- компостированием (с опилками, сухими листьями, соломой и торфом, другими водопоглощающими средствами);
- выдерживанием на иловых площадках.
Анализ патентных источников информации показывает наличие множества решений, направленных на решение задачи по очистке сточных вод.
Так, из документа RU 2008062 С1, 28.02.1994 известен отстойник для очистки сточных вод, включающий корпус, патрубок подвода исходной жидкости, распределитель жидкости, отстойную камеру, фильтр, установленный в верхней части камеры, сливной лоток для сбора осветленной жидкости и патрубок для отведения осадка, при этом распределитель жидкости выполнен в виде направляющей цилиндрической емкости с примыкающими к ней делителями потока в виде радиальных лотков переменного сечения, уменьшающегося по направлению движения жидкости, и отражателей, установленных с зазором по отношению к лоткам, а фильтр выполнен в виде кольцевого экрана, расположенного на боковой поверхности сливного лотка.
Известное решение способно осуществить лишь гравитационное осветление жидкости и ее фильтрацию. Вместе с тем, в решении отсутствует возможность аэробной стабилизации.
Из документа SU 358275 А1, 03.11.1972 известно устройство для биохимической очистки сточных вод методом аэрации с активным илом. Известное устройство включает аэротенк, илоотделитель, вторичный отстойник и устройство для перекачки активного ила из илоотделителя в головную часть аэротенка, причем илоотделитель помещен в конечную часть аэротенка и состоит из наклонных ко дну аэротенка стенок и дна, связанного с устройством для перекачки активного ила, например эрлифтом, в головную часть аэротенка.
В известном решении очищаемая сточная вода подается в головную часть аэротенка. Сюда же перекачивается возвратный активный ил из илоотделителя. Иловая смесь проходит из головной части в конечную часть аэротенка и поступает в илоотделитель. Здесь основная масса активного ила оседает и перекачивается в головную часть эрлифтом, а очищенная вода с небольшим количеством активного ила поступает во вторичный отстойник и осветляется там. Избыточный активный ил уплотняется на дне вторичного отстойника, после чего направляется на последующую обработку в других сооружениях.
К недостаткам известного решения можно отнести сложность извлечения уплотненного ила, необходимость наличия дополнительного устройства для перекачки активного ила, невозможность обеспечения полного цикла биологической очистки жидкости.
1
3
1
Предлагаемая полезная модель направлена на преодоление недостатков уровня техники и при своем осуществлении позволяет обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки. В рамках данной заявки под эффективностью очистки понимается характеристика Е общей эффективности процесса обработки, определяемая как Е=(С-С)/С, где С1 и С3 соответственно - общая концентрация (взвешенное + растворенное вещество) на входе и выходе ([1] - М. Хенце и др., Очистка сточных вод, М.: Мир, 2006, с. 168).
Раскрытие полезной модели
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложено аэрационное устройство очистки сточных вод, содержащее герметичный самонесущий цилиндрический корпус с крышкой, в котором выполнены кабельный ввод, а также вход и выход для подводящей и отводящей труб соответственно, причем в корпусе посредством вертикальных перегородок образованы следующие технологические объемы: приемная камера аэрации с аэрационным элементом, соединенная со входом для подводящей трубы, камера с биозагрузкой, сообщающаяся с приемной камерой аэрации и с камерой отстойника, выполненной в виде камер первичного и вторичного отстойников, частично разделенных между собой камерой для мешкового фильтра, причем вторичный отстойник выполнен сообщающимся со второй камерой аэрации с аэрационным элементом, сообщающейся с третичным пирамидовидным отстойником, который, в свою очередь, сообщается с камерой сбора чистой воды, соединенной с выходом для отводящей трубы, при этом камера для мешкового фильтра дополнительно соединена с приемной камерой аэрации, вторичным отстойником и третичным пирамидовидным отстойником.
Далее в описании представлены более подробные сведения в отношении осуществления предложенной полезной модели.
Осуществление полезной модели
Для более полного понимания сущности предлагаемого решения далее в описании сделаны отсылки на позиции поясняющих фигур, согласно которым представлены:
фиг. 1 - вид устройства;
фиг. 2 - технологическая схема очистки;
фиг. 3 - пример установки устройства.
В данном описании в отношении одних и тех же элементов могут быть использованы понятия, являющиеся синонимами и не искажающими техническую сущность полезной модели. Например, для специалиста будет понятно, что такие понятия как «камера», «зона», «объем» могут характеризовать одно и то же средство в составе предлагаемого устройства. То же относится и к иным использованным в описании понятиям, которые, согласно уровню техники, являются характеристикой одного и того же средства.
3
Предлагаемое устройство, в его предпочтительном варианте, предназначено для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и имеет производительность от 0,6-3 м в сутки в зависимости от выполнения. В базовом варианте выполнения устройство является полностью самотечным.
Согласно фиг. 1, в состав устройства предпочтительно могут входить следующие элементы: 1 - крышка блока компрессора; 2 - блок размещения компрессора и автоматики (отсек); 3 - крышка устройства; 4 - горловина; 5 - верхний грунтозацеп; 6 - труба (выход); 7 - корпус устройства; 8 - ребра жесткости; 9 - нижний грунтозацеп; 10 - аэратор; 11 - камера с погружной биозагрузкой (аэратор); 12 - верхний и нижний грунтозацепы; 13 - отстойник вторичный; 14 - камера (блок) обезвоживания ила; 15 - отстойник первичный; 16 - отстойник пирамидовидный (третичный); 17 - ребра жесткости; 18 - фильтр обезвоживания осадка; 19 - откосы отстойника; 20 - камера сбора чистой воды; 21 - труба (вход); 22 - приемная аэрационная камера; 23 - камера доочистки аэрационная.
Согласно фиг. 2, составными элементами схемы очистки являются: 01 - приемная камера; 02 - камера с погружной биозагрузкой (аэротенк); 03 - первичный отстойник; 04 - вторичный отстойник; 05 - камера аэрации; 06 - третичный пирамидовидный отстойник; 07 - камера приема чистой воды; 08 - мешковой обезвоживатель осадка ила; 09 - удаление осадка и ила из первичного и вторичного отстойников; 010 - удаление осадка и ила из третичного пирамидного отстойника; 011 - удаление очищенной воды из блока мешкового обезвоживателя; 012 - блок для размещения компрессора; 013 - аэратор(ы).
Технология очистки в аэрационном устройстве предусматривает, что обрабатываемые сточные воды, перетекая из одной зоны очистки в другую, проходят полный цикл биологической очистки.
Устройство работает следующим образом.
Загрязненные сточные воды поступают в приемную камеру (01) (фиг. 2). Для интенсивной очистки сточных вод в камере (01) расположен аэрационный элемент (013). Благодаря работе аэрационного элемента сточная вода насыщается кислородом, что создает условия для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов и окисления некоторых химических соединений.
Также в аэрационной приемной камере (01) происходят измельчение крупных нечистот и насыщение стока кислородом, а также удаление азота. Затем самотеком вода, насыщенная кислородом, перетекает аэратенк (02) - камеру с биозагрузкой, в которой закрепляется клон бактерий (биопленка), где стоки окисляются.
На биозагрузке образуется бактериальная пленка, что обеспечивает дополнительную эффективность работы станции. Вода, постоянно циркулирующая через биозагрузку, очищается от органических соединений микроорганизмами. Затем вода попадает в отстойник, состоящий из двух камер: первичный отстойник (03) и вторичный отстойник (04), где в спокойствии из воды выпадает и отстаивается ил, причем сам ил со дна перекачивается в камеру для обезвоживания ила на мешковом фильтре (08).
Подготовленная вода далее самотеком поступает в камеру биологической очистки (вторичная аэрационная камера) (05). Для интенсивной очистки сточных вод в камере биологической очистки расположен аэрационный элемент (013). Благодаря работе аэрационного элемента во вторичной аэрационной камере (05) сточная вода повторно насыщается кислородом, что создает условия для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов и окисления некоторых химических соединений.
Смесь воды и активного ила с помощью насоса циркуляции отделяется от жиров в камере (05) и самотеком переливается в первичную аэрационную камеру (01). В камере (06) - пирамидовидном отстойнике - происходит дополнительное отделение ила, а чистая вода направляется в камеру (07), а отмершие бактерии в виде ила оседают в камере (05) на дно, и далее ил перекачивается в мешковой обезвоживатель ила (08). В камере (08) происходит окончательное отделение ила от воды, вода сливается на дно камеры (08), откуда перекачивается в камеру (01). Тем самым камера (08) всегда находится без воды, что способствует высыханию и уплотнению ила в мешковом фильтре.
Очищенная вода выводится из станции самотеком либо при помощи погружного насоса. В настоящем случае речь идет о классической непрерывной аэрационной системе с уравнительным резервуаром. Для перекачки воды из камеры в камеру в устройстве могут быть использованы Т-образные переливы.
При осуществлении конструкции устройства указанным образом проявляется существенное преимущество - разделение возвратного активного ила на четыре постоянно циркулирующих потока: молодой активный ил поступает из первичного отстойника во вторичный отстойник ила, более старый активный ил из пирамидовидного отстойника и часть ила из вторичного отстойника направляются на обезвоживание в фильтровальный мешок, а отстоявшаяся вода после мешкового обезвоживателя ила поступает в приемную камеру. Этим достигается поэтапная адаптация микроорганизмов активного ила с постепенным разбавлением обрабатываемых сточных вод. Во второй камере находится биозагрузка для закрепления на ней биопленки (бактерий), все стоки протекают из первой камеры в третью через вторую камеру с биозагрузкой.
Тем самым в предложенном устройстве обеспечивается повышение эффективности очистки, т.е. реализуется достижение технического результата. Кроме того, благодаря предложенной конструкции аэрационное устройство выдерживает сброс сточных вод с содержанием химически активных веществ.
При нормальных условиях достаточна установка устройства на плотный материковый грунт с отсыпкой песчаного подстилающего слоя толщиной 10-20 см. Устройство очистки сточных вод в нормальных условиях можно устанавливать с высоким уровнем грунтовых вод без заливки бетоном, так как оно имеет в верхней части и на дне корпуса выпирающие грунтозацепы, а снаружи усилено дополнительно ребрами жесткости. Обсыпку устройства песком-цементом следует выполнять одновременно с заливкой установки чистой водой, с целью выравнивания внутреннего и внешнего давлений.
Устройство очистки сточных вод оборудовано паронепроницаемой крышкой и герметичным корпусом, вследствие чего его можно устанавливать вблизи жилых зданий (см. фиг. 3).
Во внутреннее пространство устройства подается воздух из окружающей среды и предусматривается его отвод через отводящий или подводящий канализационный трубопровод. В случае отсутствия вентиляции канализационных трубопроводов вентиляция должна предусматриваться через фановый стояк, имеющий прямой контакт с окружающей средой. В противном случае отработанный воздух может проникать в жилое помещение. Устройство очистки сточных вод в процессе правильной работы не выделяет неприятного запаха, так как преобладают аэробные процессы с выделением углекислого газа. В процессе работы устройство производит минимальный шум.
Расчет габаритных параметров устройства в зависимости от объемной нагрузки может быть легко выполнен специалистом на основании известных из уровня техники сведений (например, [1], с. 182).
Установка устройства может быть осуществлена следующим образом.
Устройство имеет цельный самонесущий герметичный резервуар из полипропилена, который устанавливается в заранее подготовленный котлован таким образом, чтобы его крышка была примерно на 15-17 см выше поверхности земли, во избежание попадания дождевой воды внутрь устройства.
Перед началом земляных работ необходимо определить место ввода подводящей канализационной трубы в устройство очистки для обеспечения наименьших изгибов подводящей канализации к приемной емкости. Подготовку котлована и траншей следует начинать с разметки контуров. Размер котлована должен быть рассчитан таким образом, чтобы песчаная обсыпка составляла не менее 50 см с каждой стороны. После чего можно начинать земляные работы.
При проведении земляных работ необходимо принимать во внимание тип грунта. При работах с сыпучими, несвязанными грунтами (песок, торф, легкий суглинок, с высоким уровнем грунтовых вод) необходима установка опалубки. Опалубка изготавливается из прочных досок (толщиной не менее 40 мм). Грунт начинает осыпаться приблизительно на глубине около 1 метра, таким образом, высота опалубки должна составлять не менее 1,5 метров. Необходимо изготовить 4 щита высотой 1,5 метра. После изготовления щитов, они с 4-х сторон опускаются в котлован и закрепляются по углам (лучше это делать с помощью металлических уголков).
В случае высоких грунтовых вод воду необходимо откачивать, установив в котлован дренажный насос. Если мы имеем дело с песчаным грунтом, во избежание засорения, насос лучше поставить не на грунт, а на небольшую подставку. Если грунт связанный, (глина, суглинок, бутовый камень), необходимости в опалубке нет. Глубина траншей для подводящих магистралей должна быть рассчитана с учетом охранной обсыпки. Следует учитывать, что трубы из полипропилена, укладываемые в земле, под влиянием тяжести засыпаемого грунта подвержены деформации. Условием предупреждения чрезмерной деформации поперечного сечения труб является непосредственная обсыпка мелкозернистым песком дна траншеи с последующей трамбовкой.
В смонтированном устройстве (в процессе обсыпки) приемную камеру заполняют чистой водой, на высоту примерно 1,2 м. Камеру биологической очистки наполняют водой до момента, когда вода самотеком начнет уходить в камеру (04), камера чистой воды (07) заполняется вплоть до уровня стока. После этого можно подавать на станцию питание.
В комплект устройства входит компрессор, сам по себе не являющийся предметом настоящей полезной модели. Компрессор устанавливается в технологический герметичный (от нижней части устройства) ящик, находящийся в верхней части, и присоединяется с помощью штуцера (в комплекте с компрессором).
Ускорение ввода устройства в эксплуатацию можно достигнуть введением в камеру биологической очистки иловой смеси из аналогичного устройства. Ил следует вливать через сито с ячейками для улавливания мелких нечистот. Если введен активный ил, ввод устройства в эксплуатацию длится всего несколько дней. В некоторых случаях вводимый ил из другого устройства не в состоянии приспособится к другому составу загрязнений, что приводит к его отмиранию, и ввод в эксплуатацию происходит более длительное время. В случае отсутствия введения активного ила из другого аналогичного устройства выход на штатный режим эксплуатации продлится приблизительно 2-3 недели.
В результате проведения испытаний опытных образцов было установлено, что первый молодой ил, в большинстве случаев светло-коричневого цвета, появляется в течение примерно первых 10 дней эксплуатации, и после этого уже можно увидеть улучшение качества воды на стоке.
В течение последующего периода ил в камере биологической очистки и на биозагрузке сгущается и в большинстве случаев темнеет до темно-бурого оттенка. При этом имеет место еще большее улучшение эффективности очистки и качества воды на выходе. У хорошо работающего устройства вода на стоке должна быть совсем чистой и без неприятных запахов.
В течение образования активного ила, первых 14-30 дней эксплуатации, имеет место пенообразование. Основной причиной этого является применение поверхностно-активных средств (моющих средств) в домашнем хозяйстве. Пена постепенно исчезает с повышением концентрации ила в камере очистки.
Во время накопления активного ила (1 месяц) желательно сократить использование химических реактивов в домашнем хозяйстве (главным образом препараты для посудомоечной и стиральной машин). Окончание времени ввода в эксплуатацию и правильная работа устройства определяются отбором смеси в стеклянную емкость.
Смеси дают отстояться примерно 20 мин, в течение этого времени на дно емкости осаждается активный ил, а над ним появляется слой очищенной воды. Линия раздела очищенной воды и ила должна быть отчетливо видна. Ил должен иметь объем, примерно равный 20% емкости, и примерно 80% будет составлять чистая вода. Проявление такого эффекта будет указывать на то, что устройство правильно введено в эксплуатацию и теперь достаточно устойчиво к химическим реактивам, которые употребляются в домашнем хозяйстве.
Если ила меньше 20%, следует вывод о том, что процесс ввода еще не окончен, или устройство недостаточно загружено хозяйственно-бытовыми стоками. Если ила больше и не происходит надлежащее его отведение, следует вывод о том, что устройство перегружено сточными водами.
Таким образом, выше в описании показана возможность осуществления полезной модели специалистом в данной области техники.