СТАНЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
BIOLOGICAL WASTE WATER TREATMENT PLANT

Изобретение относится к устройствам для ведения процессов механической, биологической и физико-химической очистки городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод и переработки выделяемых осадков для подготовки их к обезвоживанию, обеззараживанию и последующей утилизации, и может быть использовано при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод путем их полного биологического окисления с последующей доочисткой и обеззараживанием очищенной воды в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормами и правилами и иными нормативными документами.
Известна водоочистная станция биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод (патент РФ №2404141, кл. C02F 9/14, 3/00, 2010), содержащая технологическое здание с насосами, трубопроводы подачи исходных и отвода очищенных стоков с запорно-регулирующей арматурой, блок биологической очистки в виде установки биологической очистки с аэротенком, первичным и вторичным отстойниками. Блок биологической очистки состоит из нескольких групп однотипных установок биологической очистки, выполненных с возможностью их заглубления и снабженных технологическими и смотровыми горловинами для сообщения с дневной поверхностью, при этом каждая группа упомянутых установок установлена на своей фундаментной плите, причем все фундаментные плиты упомянутых групп установок выполнены заглубленными и расположены на одном уровне не ниже уровня расположения заглубленной части технологического здания, а каждая группа установок снабжена своей распределительной емкостью, системой аэрации и коллекторным трубопроводом для соответственно подачи стоков, их аэрации и отвода очищенной воды, при этом распределительные емкости и системы аэрации каждой группы установок подключены к соответствующим насосам подачи исходных стоков и компрессорам, при этом коллекторные трубопроводы каждой группы установок подключены через общий для всех групп установок резервуар для сбора биологически очищенной воды к линии выпуска очищенной воды.
Эта станция позволяет обеспечивать эффективную очистку бытовых стоков.
Однако она все же недостаточно чисто удаляет взвешенные вещества, БПКполн., соединения азота и фосфора.
Известна станция биологической очистки сточных вод (патент РФ №2466104, кл. C02F 9/14, 3/30, 2012), принятая заявителем за прототип. Она содержит анаэробно-аноксидный реактор, объем которого соединен посредством дырчатой перегородки с аэрационным объемом высоконагружаемого аэротэнка-смесителя. Станция выполнена в виде единого производственного здания цилиндрической формы и содержит собственно производственное здание и блок технологических емкостей, состоящий из четырех технологических сегментов с возможностью независимой параллельной работы их технологических линий, выполненных в виде радиальных каналов, каждый из сегментов содержит анаэробно-аноксидный реактор, разделенный на анаэробную часть, преданоксидную часть и аноксидную часть, в которых размещены механические мешалки, гетеротрофную ступень, включающую высоконагружаемый аэротенк-смеситель, снабженный пневматической системой аэрации и двухступенчатым тонкослойным илоотделителем, в центральной части которого расположена двухсекционная иловая камера с низконапорными насосными агрегатами, каждая секция иловой камеры соединена перфорированным трубопроводом, расположенным в нижней зоне тонкослойных модулей в каждой ступени двухступенчатого тонкослойного илоотделителя, в нижней его зоне расположена система распределения иловой смеси с возможностью обеспечения последовательной работы его ступеней в противоточном режиме, каждая его ступень снабжена системой регенерации межполочного пространства тонкослойных модулей в каждой ступени, при этом каждой секции иловой камеры соответствует своя ступень двухступенчатого тонкослойного илоотделителя с возможностью достижения гидравлической самостоятельности при регулировании отбора иловой смеси из каждой его ступени, гетеротрофная ступень соединена с автотрофной ступенью системой сборных лотков двухступенчатого тонкослойного илоотделителя, автотрофная ступень содержит аэротенк нитрификатора-вытеснителя, снабженного плавающей загрузкой для иммобилизации нитрифицирующей биомассы, пневматической системой аэрации и отстойником-осветлителем, в котором по высоте выполнены две зоны, последовательно расположенные снизу вверх по ходу движения осветляемой суспензии, нижняя зона выполнена в виде тонкослойного отстойника, а верхняя зона над ним в виде биореактора с загрузкой для иммобилизации выносимой из аэротенка нитрификатора-вытеснителя прикрепленной микрофлоры, каждая зона отстойника-осветлителя снабжена системой регенерации, системой сбора и отвода осветленной сточной жидкости, система отвода соединена с распределительной системой встроенной контактной камеры хлопьеобразования префильтра с загрузкой, префильтр снабжен системой регенерации загрузки и системой сбора и отвода очищенной воды, которая посредством трубопроводов соединена с блоком скорых фильтров с чередующимся направлением фильтрации в подвижном слое зернистой загрузки, блок технологических емкостей снабжен вертикальным илоуплотнителем проточного типа со встроенной камерой хлопьеобразования водоворотного типа с возможностью уплотнения избыточной активной биомассы.
На этой станции биологической очистки сточных вод осуществляют разделение процессов окисления углеродсодержащих органических веществ и азота аммонийных солей, которые протекают последовательно в отдельных технологических объемах.
Она отличается от известных решений наличием в каждой ступени очистки собственных зон сепарации, отличающихся между собой функциональным назначением, например, в гетеротрофной ступени функциональное назначение зоны сепарации - концентрирование биомассы в гетеротрофной системе, а в автотрофной ступени - это разделение (осветление) суспензии на очищенную воду и выносимую прикрепленную биопленку с автотрофной ступени с последующей фильтрацией осветленной воды через загрузку.
Кроме того, она отличается от известных решений наличием в анаэробно-аноксидной зоне преданоксидной ступени.
Однако эта станция недостаточно эффективна в очистке от взвешенных веществ и соединений азота и фосфора.
Технической задачей изобретения является создание блочной модульной станции биологической очистки сточных вод, которая обеспечивает качество очистки сточных вод с принятыми расходами до уровня, допускающее их сброс в водоемы рыбохозяйственного назначения.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении усреднитель-анаэробный реактор снабжен теплообменником для поддержания температуры сточных вод не ниже 22°С, а также он выполнен с возможностью осуществления частичной дефосфотации; денитрификатор снабжен мешалкой для поддержания иловой смеси во взвешенном состоянии, а аэротенк-нитрификатор разделен с денитрификатором полупогруженной перегородкой для осуществления циркуляции иловой смеси; причем станция биологической очистки снабжена блоком приготовления и дозирования коагулянта, биофильтром доочистки, на дне которого уложены дисковые аэраторы; напорными сорбционными фильтрами, которые установлены с возможностью промывки очищенной водой; установкой ультрафиолетового обеззараживания; установкой дозирования биогенных элементов для обеспечения стабильной очистки; воздуходувками для обеспечения воздухом технологического процесса очистки сточных вод; эрлифтом для перекачивания обеззараженного осадка в фильтр-мешок на обезвоживание.
Кроме того, на дне аэротенка-нитрификатора установлены дисковые аэраторы для насыщения иловой смеси кислородом.
Кроме того, в аэротенке-нитрификаторе и усреднителе-анаэробном реакторе установлена полимерная загрузка для увеличения концентрации ила в реакторе, а также для повышения возраста ила.
Кроме того, в биофильтре доочистке установлен барботер для встряхивания полимерной загрузки.
Кроме того, для обеззараживания сточных вод станция содержит блок приготовления и дозирования гипохлорита натрия.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в том, что станция успешно удаляет взвешенные вещества, БПКполн., биогенные элементы: соединения азота и фосфора; уничтожает бактериальные загрязнения, снижает БПК полн.
При этом органические вещества стоков подвергаются биосорбции и биохимическому окислению под действием биоценоза бактерий, которые образуют активный ил. Бактерии активного ила способны образовывать колонии (флоки), которые легко отделяются от очищенной воды в процессе отстаивания.
На фиг. 1 изображена технологическая схема работы станции биологической очистки сточных вод;
на фиг. 2 изображен план размещения технологического оборудования станции биологической очистки сточных вод;
на фиг. 3 показано блочно-модульное исполнение здания станции без размещения технологического оборудования.
Станция биологической очистки сточных вод предназначена для очистки сточных вод, поступающих на нее от санитарно-технических приборов бытовых помещений, административных и производственных зданий, сточных вод от столовых и т.д. и т.п.
Производственное здание станции выполнено в комплектно-блочном исполнении, внутри которого размещено необходимое технологическое и инженерное оборудование, обеспечивающее работу станции в том числе и в автоматическом режиме, а также системы электропитания, отопления и вентиляции, которыми снабжен каждый блок-модуль, из которых составлено производственное здание станции. Указанные системы выполнены в соответствии с действующими нормами и правилами.
Используемое в работе станции технологическое оборудование обеспечивает качество очистки сточных вод до уровня, допускающего их сброс в водоемы рыбохозяйственного назначения и соответствующего ПДК этих водоемов.
Технологический процесс очистки хозяйственно-бытовых сточных вод включает следующие стадии: механическую очистку, биологическую очистку, доочистку сточных вод, обеззараживание сточных вод и обработку осадка.
Стадию механической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод выполняют посредством канализационной насосной станции 1 (КНС), в которой установлена решетчатая корзина 2 и насосы 3 с режущим механизмом, предназначенные для измельчения крупного мусора и его сбора.
На стадии собственно биологической очистки используют усреднитель-анаэробный реактор 4 для выравнивания производительности станции и концентрации очищаемых веществ, аэротенк-нитрификатор 5 и денитрификатор 6 для увеличения концентрации ила в усреднителе-анаэробном реакторе 4, а также для повышения возраста ила за счет используемой полимерной загрузки. Кроме того, для осаждения и осветления очищаемых сточных вод используют отстойник-осветлитель, выполненный как вторичный отстойник 7, а для удаления фосфатов, фосфоросодержащих веществ - камеры дефосфотации 8 и 9.
Полимерная загрузка или, как ее правильно называют, блок биологической загрузки (ББЗ) представляет собой объемную сетчатую структуру, состоящую из полимерных труб диаметром 65 мм, размещенных параллельно друг другу и сваренных по торцам между собой в местах соприкосновения.
Сетчатые элементы выполняют функцию среды обитания иммобилизованных микроорганизмов в системах биологической очистки производственных, хозяйственно-бытовых, сточных вод, биофильтрах и системах очистки рыбоводческих хозяйств.
Сетчатые элементы блока цилиндрической формы образуются пересечением полимерных нитей толщиной 3 мм, с формированием ячеек в виде ромба, с диагоналями, не превышающими 25 и 55 мм, количество нитей в одном элементе - 16 шт. Блоки ББЗ-2.6 изготавливаются из полиэтилена низкого давления марки ПНД 273-83 ГОСТ 16338-85, стабилизированного углеродом против ультрафиолетового старения.
Блок биологической загрузки (ББЗ) используется в качестве носителя биомассы для интенсификации протекания биологических процессов в системах биологической очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод.
Способ и зона установки, а также количество и модификация блоков определяется индивидуально для каждого сооружения.
Эффективность очистки может быть увеличена до 4 раз, что, в свою очередь, значительно снижает эксплуатационные затраты.
Геометрия конструкции блока ББЗ позволяет достигнуть равномерного распределения воздушного потока при вынужденной аэрации, сварочный шов мембраны жесткости обеспечивает надежное крепление сетчатых оболочек, составляющих блок.
Преимущества блоков биологической загрузки (ББЗ):
- устойчивость к деформации (возможность свободного передвижения блока при монтаже);
- изготовление из 100% экологически чистого сырья, пористость блока обеспечивает хорошую аэрацию и доступ кислорода к биопленке;
- устойчивость к УФ-излучению;
- саморегуляция толщины и состава пленки;
- не засоряется, самоочищается (при достижении определенной толщины биопленки, минерализованные микроорганизмы самоудаляются с загрузки и попадают во вторичный отстойник, осаждаются в нем);
- вписываются в любые размеры емкостей, биофильтров, реакторов;
- при попадании токсинов в систему и уничтожении микроорганизмов происходит быстрое восстановление жизнедеятельности активного ила;
- стойкость к биологически и химически активным веществам.
Стадию доочистки сточных вод осуществляют на биофильтрах 10 доочистки с затопленной загрузкой из призматического материала и напорных сорбционных фильтрах 11 и 12 с загрузкой из активированного угля, которые установлены с возвожностью промывки очищенной водой. Один из сорбционных фильтров - рабочий, а другой - резервный. Содержание взвешенных веществ в очищенных сточных водах после биофильтра 10, поступающих на сорбционные фильтры 11 и 12, не должно превышать 5 мг/л.
Стадию обеззараживания сточных вод выполняют с применением высокоэффективной установки ультрафиолетового (УФ) обеззараживания 13, в которой установлены ультрафиолетовые лампы.
На стадии обработки осадка, а именно избыточного ила, посредством подаваемого из воздуходувок 14 воздуха стабилизируют ил кислородом воздуха, а на установке обезвоживания 15 осадка и в камере 16 обеззараживания и дегельминтации обезвоживают и обеззараживают ил.
3
Установка обезвоживания 15 имеет фильтр-мешок. Также в ее работе предусмотрено добавление в приямок камеры 16 за 2 ч до начала обезвоживания гипохлорита натрия для обеззараживания и дегельминтации в количестве 4 г/м водно-иловой смеси. Влажность осадка на выходе установки обезвоживания 15 должна быть не более 80%. Заполненные фильтр-мешки со стабилизированным, обезвоженным и обеззараженным илом накапливают на площадке временного хранения отходов с последующим вывозом их на полигон твердых бытовых отходов (ТБО).
Для обеспечения четкой и бесперебойной работы очистных сооружений станции в заданном технологическом режиме предусмотрены блок приготовления и дозирования гипохлорита натрия 18, используемого для обеззараживания сточных вод как хлористое соединение, но наименее вредное; блок приготовления и дозирования коагулянта 17, воздуходувки 14 (рабочая и резервная), емкость промывной воды 19 для промывки фильтров и промывной насос 20.
Блоки приготовления и дозирования коагулянта 17 и гипохлорита натрия 18 оборудованы подводом воды от водопроводной сети 21 по постоянной схеме (с разрывом струи) и патрубками с вентилями для слива жидкости в трап при помощи переносного шланга. В качестве коагулянта или реагента выбран полиоксихлорид алюминия.
Кроме того, в станцию биологической очистки сточных вод входит установка 22 подпитки биогенных элементов, которая рассчитана на удаление взвешенных веществ, БПКполн., а также биогенных элементов (соединений азота и фосфора). В ней органические вещества стоков подвергают биосорбции и биохимическому окислению под действием биоциноза бактерий, которые образуют активный ил. Бактерии активного ила способны образовывать колонии (флоки), которые легко отделяют от очищенной воды в процессе отстаивания.
Изъятие биогенных элементов основано на способности микроорганизмов использовать их в процессе своей жизнедеятельности при создании оптимальных для этого условий. Бактерии-нитрификаторы, содержащиеся в активном иле, способны окислять азот аммонийный до нитратов в присутствии растворенного кислорода. Процесс нитрификации (окисления азота аммонийного) происходит в аэробных условия аэробного стабилизатора 23 (в присутствии кислорода) и начинается после завершения стадии окисления органических веществ. Поэтому этот процесс рассчитывается на продленную аэрацию. Для насыщения иловой смеси кислородом используют мелкопузырчатую аэрацию. Одно из главных условий успешной нитрификации - высокий возраст ила, который достигается с помощью оснащения аэротенка-нитрификатора 5 полимерной загрузкой. Полимерная загрузка обрастает иммоблизованной микрофлорой, что предотвращает вынос ила из системы. Денитрификация (востановление нитратов до газообразного азота) в денитрификаторе 6 происходит в аноксидных условиях (кислород присутствует только в связанной форме). Иловая смесь циркулирует между аноксидной и аэробной зонами.
В биоцинозе активного ила присутствуют фосфораккумулирующие организмы. Отличительной особенностью этих микроорганизмов является их способность потреблять в аэробных условиях большое количество фосфата, который используется ими в качестве энергетического запаса, позволяющего им разлагать субстрат в анаэробных условиях.
Таким образом, ил, циркулируя в системе, проходит три зоны - аэробную, аноксидную и анаэробную, в которых происходит нитрификация, денитрификация и дефосфотация соответственно.
Остаточные загрязнения удаляются на сорбционных фильтрах, перед которыми устраивается доочистка на затопленном биофильтре.
При дефиците макроэлементов (азота или фосфора) осуществляют подпитку исходной воды недостающими элементами.
Станция биологической очистки сточных вод работает следующим образом.
Сточные воды поступают в КНС 1 хозяйственно бытовых сточных вод (ХБСВ), оборудованную погружными насосами 3 с режущим механизмом и сороудерживающими решетчатыми корзинами 2.
Из КНС 1 ХБСВ насосы 3 подают сточные воды в усреднитель-анаэробный реактор 4, в котором происходит качественное усреднение сточных вод, а во избежание осаждения взвешенных веществ в нем предусмотрен барботаж посредством барботера 24. Для поддержания температуры обрабатываемых сточных вод не ниже 22°С усреднитель-анаэробный реактор 4 оборудован теплообменником 25. Усреднитель-анаэробный реактор 4 также выполняет функцию анаэробного реактора для частичной дефосфотации, куда насосом рецикла 26 подается иловая смесь из денитрификатора 6. Через переливной патрубок стоки поступают в денитрификатор 6. Вместе с ними в денитрификатор 6 подаются циркулирующий активный ил из вторичного отстойника 7. Для поддержания иловой смеси во взвешенном состоянии в денитрификаторе 6 установлена мешалка 27. Аэротенк-нитрификатор 5 разделен с денитрификатором 6 полупогруженной перегородкой 28, благодаря которой осуществляется циркуляция иловой смеси между аэробной и аноксидной зонами. Для насыщения иловой смеси кислородом на дне аэротенка-нитрификатора 5 установлены дисковые аэраторы 29, обладающие высокой эффективностью растворения кислорода в воде. В аэротенке-нитрификаторе 5 и усреднитель-анаэробном реакторе 4 установлена полимерная загрузка, которая служит для увеличения концентрации ила в усреднитель-анаэробном реакторе 4, а также для повышения возраста ила, что является необходимыми условиями для проведения успешной нитрификации.
Из аэротенка-нитрификатора 5 иловая смесь поступает во вторичный отстойник 7. Во вторичном отстойнике 7 происходит разделение иловой смеси на ил и очищенную воду. Осевший во вторичном отстойнике 7 ил подается насосом 30 в денитрификатор 6. Осветленная таким образом вода поступает в камеру дефосфотации 9. Для химического осаждения фосфора применяют 5% сернокислого алюминия. Для приготовления и дозирования коагулянта предусмотрено реагентное хозяйство, выполненное в виде блока приготовления и дозирования коагулянта 17.
После реагентной обработки вода через распределительное устройство поступает на затопленный биофильтр доочистки 10. На дне биофильтра 10 также уложены дисковые аэраторы 29. Для встряхивания полимерной загрузки предусмотрен барботер 24. После биофильтра 10 стоки с концентрацией по взвешенным веществам не более 5 мг/л собираются в промежуточной емкости 31, откуда погружными насосами 32 напрвляются на напорные сорбционные фильтры 11 и 12. На сорбенте снимаются оставшиеся загрязнения, происходит глубокое удаление органических веществ. Промывка сорбционных фильтров 11 и 12 осуществляется очищенной водой. Очищенная вода аккумулируется в емкости промывной воды 19. Объем емкости рассчитывается на две промывки. Также предусмотрено заполнение емкости 19 водой от водопроводной сети 21. В емкости 19 установлен промывной насос 20. Грязная вода от промывки и первый фильтрат по системе самотечной канализации отводится в КНС 1 ХБСВ. Для обеззараживания очищенных стоков применяют ультрафиолетовые лампы. Обеззараженная и очищенная вода по напорному трубопроводу поступает в КНС 33 очищенных сточных вод (ОСВ) и далее насосами на сброс.
3
Образующийся в процессе чистки осадок представлен избыточным илом, биопленкой и выпавшим в результате реагентной обработки фосфатом алюминия. Осадок собирается в конусной части вторичного отстойника 7, биофильтра 10 доочистки и камеры дефосфотации 8 соответственно и самотеком направляется в аэробный стабилизатор осадка 23. Стабилизированный осадок через перегородку 34 поступает в камеру обеззараживания и дегальминтации 16. В качестве обззараживающего реагента применяют гипохлорит натрия, который подается насосом-дозатором в количестве 4 г/м водно-иловой смеси. Обеззараженный осадок эрлифтом 35 перекачивается в фильтр-мешок на обезвоживание. Образующийся фильтрат по системе самотечной канализации отводится на КНС 1 ХБСВ. Влажность осадка на выходе из обезвоживателя составляет не более 80%.
Для обеспечения стабильности процесса очистки предусмотрена установка 22 подпитки его биогенными элементами. При дефиците в сточной воде азота или фосфора в аэротенк-нитрификатор 5 добавляется соответствующий реагент.
Воздух на технологические нужды подается от воздуходувок 14.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать комплектную станцию биологической очистки сточных вод, обеспечивающую качество очистки сточных вод, соответствующее предельно допустимой концентрации загрязняющих веществ в водоемах рыбохозяйственного назначения, а именно она успешно удаляет взвешенные вещества, БПКполн., биогенные элементы: соединения азота и фосфора; уничтожает бактериальные загрязнения.