Отстойник-фильтр

Полезная модель относится к устройствам для очистки сточных, оборотных и природных вод и может быть использована в городских и промышленных очистных сооружениях, в том числе для отделения от воды активного ила и биопленок в системах биологической очистки.
Известна установка для глубокой биологической очистки сточных вод, содержащая два сообщенных между собой биофильтра, каждый из которых выполнен в виде резервуара с загрузкой и опорной решеткой, систему подачи воды и воздуха и трубопровод отвода очищенной воды, при этом биофильтры снабжены установленными в верхних их частях сборными лотками очищенной воды, загрузка биофильтров выполнена из полимерного материала с плотностью меньше плотности воды, опорная решетка расположена над загрузкой и снабжена размещенным над ней удерживающим неподвижным слоем из кускового материала (гравия, щебня) с убывающей снизу вверх крупностью частиц, а система подачи исходной воды и воздуха установлена в нижней части резервуаров под плавающей загрузкой (патент РФ №2021216, МПК C03F 3/04, 3/20, публикация 1994 г.).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность фильтрационной очистки в слое из кускового материала и невозможность его полной отмывки от задержанных взвешенных частиц при промывке сверху вниз в силу отсутствия возможности расширения этого слоя.
Известна установка для очистки сточных вод, содержащая резервуар с расположенными в нем блоками тонкослойных элементов и распределительным устройством, узел подачи исходной сточной воды на вход в отстойник, устройства для сбора и отвода очищенной воды, размещенные в концевой части резервуара, устройство для удаления осадка, при этом установка снабжена вертикальной полупогружной перегородкой и фильтром с плавающей загрузкой, размещенными в концевой части резервуара, устройством для сбора грязной промывной воды, которое размещено под фильтром с плавающей загрузкой и соединено с устройством для отвода грязной промывной воды через погружной насос и напорный трубопровод, а над вертикальной полупогружной перегородкой установлена тележка, прикрепленная к монорельсу (патент РФ №87422, МПК C03F 3/06, публикация 2009 г.).
К недостаткам известной установки относится низкая эффективность очистки от взвешенных веществ, при этом конструкция установки не позволяет производить ее обслуживание, включая замену и дополнительную промывку загрузки, без демонтажа фильтра и устройства для отвода очищенной воды, что затрудняет эксплуатацию, увеличивает эксплуатационные расходы и снижает производительность установки.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство для очистки сточных вод, содержащее резервуар с расположенными в нем отстойником и фильтром, средства подачи исходной сточной воды на вход отстойника, устройство для сбора и отвода очищенной воды, размещенное в верхней части отстойника, систему подачи воздуха и устройство для удаления осадка, при этом фильтр выполнен с плавающей загрузкой, размещен горизонтально непосредственно в верхней проточной зоне отстойника, примыкающей к устройству для сбора очищенной воды, и ограничен с двух сторон вертикальными стенками, образующими над загрузкой фильтра полость, сообщенную с устройством для сбора и отвода очищенной воды, причем над слоем загрузки установлено устройство для периодического отвода грязной промывной воды, а система подачи воздуха содержит аэрирующее устройство, размещенное под загрузкой и подключенное через воздуховод к газодувке, установленной с возможностью периодического включения (патент РФ №29053, МПК C02F 3/06, публикация 2003 г. - ближайший аналог).
В известной установке взвешенные вещества сточной воды задерживаются преимущественно в нижней части загрузки, что снижает грязеемкость, длительность фильтроцикла и, как следствие, производительность и эффект очистки. Гранулы в этой части загрузки, насыщенной задержанными взвешенными веществами, склонны слипаться с образованием крупных агрегатов, которые плохо поддаются рыхлению и перемешиванию при барботаже воздухом в период промывки загрузки. Накопление в загрузке слипшихся гранул, практически не участвующих в процессе фильтрационной очистки, снижает эффект очистки сточной воды и требует дополнительных промывок загрузки, что уменьшает производительность установки.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности очистки сточных вод и увеличение производительности при сохранении эффекта очистки.
Технический результат заключается в повышении эффективности очистки сточных вод и в увеличении производительности процесса очистки.
3
Достижение технического результата обеспечивает отстойник-фильтр для очистки сточных вод от взвешенных веществ, содержащий отстойник с проточной зоной, впускным устройством, устройством удаления осадка и выпускным устройством, выполненным в виде лотка очищенной воды, фильтр с плавающей гранулированной загрузкой, расположенный горизонтально на опорных конструкциях в верхней части проточной зоны отстойника, примыкающей к выпускному устройству, и ограниченный непроницаемыми для воды вертикальными стенками, а сверху и снизу - верхней и нижней горизонтальными сетками, удерживающими гранулы плавающей загрузки с возможностью ее расширения при промывке, систему промывки плавающей гранулированной загрузки, состоящую из системы периодической подачи воздуха под загрузку и системы периодического удаления грязной промывной воды, при этом плавающая гранулированная загрузка выполнена двухслойной и состоит из различных по форме и размеру гранул полиэтилена высокого давления с плотностью 890-950 кг/м, при этом нижний слой образован гранулами эллипсоидной формы диаметром 4,5-7 мм и толщиной 2,5-4 мм, верхний слой образован гранулами округлой формы диаметром 3-5 мм, а отношение высоты нижнего слоя к высоте верхнего слоя составляет от 1:1 до 2:1, при общей высоте слоя загрузки 0,2-0,3 м.
Расстояние между верхней и нижней сетками фильтра превышает общую толщину двухслойной плавающей загрузки в 1,8-2,3 раза.
Отстойник-фильтр может иметь цилиндрическую в плане форму, при этом впускное устройство образовано в виде центральной трубы, выпускное устройство представляет собой круговой периферийный лоток очищенной воды, примыкающий к стенке отстойника, устройство удаления осадка выполнено в виде илососов или илоскребов, присоединенных к радиально расположенной ферме, установленной радиально над отстойником с возможностью вращения относительно его центра, фильтр имеет форму кольца, ограниченного наружной и внутренней вертикальными стенками, и содержит окна в наружной стенке для отвода фильтрата в круговой лоток очищенной воды, система периодической подачи воздуха под загрузку состоит из радиально расположенной под нижней сеткой фильтра перфорированной аэрирующей трубы, воздуходувки, размещенной в блок-боксе с внутренним электрообогревом, установленном на радиально расположенной ферме, и воздуховода, соединяющего воздуходувку с перфорированной трубой, а система периодического удаления грязной промывной воды включает перфорированную сосунную трубу, радиально расположенную над верхней сеткой фильтра, насос, размещенный в блок-боксе на радиально расположенной ферме, всасывающий трубопровод, соединяющий насос с перфорированной сосунной трубой, и напорный трубопровод подачи грязной промывной воды от насоса в центральную зону отстойника.
Отстойник-фильтр может иметь прямоугольную в плане форму, при этом впускное и выпускное устройства расположены с противоположных сторон отстойника, выпускное устройство выполнено в виде лотка очищенной воды, а устройство удаления осадка выполнено в виде одного или нескольких приямков, оборудованных илососами, эрлифтами или погружными насосами, фильтр имеет в плане четырехугольную форму и содержит окно в боковой стенке для отвода фильтрата, система периодической подачи воздуха под загрузку состоит из перфорированных труб, размещенных горизонтально под нижней сеткой по всей площади фильтра с интервалом 0,2-0,5 м, и подводящих воздуховодов сжатого воздуха, система удаления грязной промывной воды представлена эрлифтами, всасывающие трубы которых сообщены через боковые окна стенки фильтра с областью над верхней сеткой.
При использовании двухслойной загрузки с гранулами разной формы и размера нижний слой с более крупными гранулами задерживает более крупные взвешенные частицы, а более мелкая взвесь поступает в верхний слой, где задерживается более мелкими гранулами загрузки. Кроме того, благодаря эллипсоидной форме гранул нижнего слоя, они быстро псевдоожижаются при включении аэрации и интенсивно перемешиваются, непрерывно поворачиваясь в турбулентном потоке. После отключения аэрации эллипсоидные гранулы сразу устанавливаются горизонтально (по длинной оси эллипса) и всплывают медленнее, чем гранулы округлой формы. В результате, после промывки загрузки, верхний слой фильтра занимают, преимущественно, гранулы округлой формы, а нижний слой - эллипсоидные гранулы, т.е. двухслойность загрузки фильтра восстанавливается.
На фиг. 1 схематично представлен отстойник-фильтр, имеющий цилиндрическую в плане форму; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схематично представлен отстойник-фильтр, имеющий прямоугольную в плане форму, на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3; на фиг. 5 - двухслойная загрузка.
Отстойник-фильтр, как показано на фиг. 1, 2, включает цилиндрический резервуар 1 с расположенными в нем водоприемным 2 и водораспределительным 3 стаканами, отстойником 4, кольцевым лотком 5 для сбора очищенной воды и кольцевым фильтром 6. Фильтр 6 содержит плавающую загрузку 7, состоящую из гранул полиэтилена. Загрузка размещена между боковыми стенками фильтра 8, 9, образованными двумя вертикальными концентрично расположенными цилиндрическими обечайками 10, 11, которые закреплены на горизонтальных площадках кронштейнов 12, установленных по периметру отстойника. Снизу и сверху загрузка ограничена сетками, 13, 14 соответственно прикрепленными к обечайкам 10, 11. В обечайке 11 образованы окна 15, сообщающие полость 16 над загрузкой с кольцевым лотком 5 посредством лотков 17 фильтрата. Установка содержит вращающийся илоскреб (не показан), на верхней ферме 18 которого установлены отсасывающий насос 19 и газодувка 20. Всасывающая полость насоса 19 соединена с сосунной трубой 21, располагаемой в слое воды над фильтром, и имеющей в нижней части ряд отверстий. К газодувке 20 подсоединена перфорированная труба 22, располагаемая под горизонтальными площадками кронштейнов 12.
Насос и воздуходувка расположены в кожухе 23, имеющем внутренний обогрев для поддержания в зимний период эксплуатации температуры внутри кожуха свыше 0°С.
Отстойник-фильтр, как показано на фиг. 3, 4, включает прямоугольный в плане резервуар 24 с расположенными в нем отстойником 25 и фильтром 26. Отстойник имеет приямки 27, снабженные эрлифтами 28 откачки осадка. Фильтр содержит плавающую загрузку 29, состоящую из гранул полиэтилена, и ограниченную боковыми стенками 30 и горизонтально расположенными сетками 31. В передней боковой стенке фильтра, расположенной со стороны подачи сточной воды в резервуар, имеются окна 32 для отвода грязной промывной воды с помощью эрлифтов 33. В задней боковой стенке фильтра расположено окно 34, через которое очищенная вода отводится из установки по трубопроводу 35, снабженному задвижкой 36. Под нижней сеткой фильтра расположены перфорированные трубы 37, через которые производится аэрация загрузки в период ее промывки. Воздух на эрлифты и перфорированные трубы подается от газодувки 38 через краны 39. Сточная вода поступает в установку через щелевое отверстие 40.
3
Плавающая гранулированная загрузка выполнена двухслойной и состоит из различных по форме и размеру гранул полиэтилена высокого давления с плотностью 890-950 кг/м, при этом нижний слой образован гранулами эллипсоидной формы диаметром 4,5-7 мм и толщиной 2,5-4 мм, верхний слой образован гранулами округлой формы диаметром 3-5 мм, а отношение высоты нижнего слоя к высоте верхнего слоя составляет от 1:1 до 2:1, при общей высоте слоя загрузки 0,2-0,3 м.
Нижний слой, с более крупными гранулами, задерживает более крупные взвешенные частицы, а более мелкая взвесь поступает в верхний слой, где задерживается более мелкими гранулами загрузки. Благодаря эллипсоидной форме гранул нижнего слоя они быстро псевдоожижаются при включении аэрации и интенсивно перемешиваются, непрерывно поворачиваясь в турбулентном потоке. После отключения аэрации эллипсоидные гранулы сразу устанавливаются горизонтально (по длинной оси эллипса) и всплывают медленнее, чем гранулы округлой формы. В результате, после промывки загрузки, верхний слой фильтра занимают, преимущественно, гранулы округлой формы, а нижний слой - эллипсоидные гранулы, т.е. двухслойность загрузки фильтра восстанавливается.
Отстойник-фильтр работает следующим образом.
В варианте исполнения резервуара цилиндрической формы (фиг. 1, 2) исходная вода поступает в центральный водоприемный стакан и далее через водораспределительный стакан заполняет весь объем отстойника, в котором происходит отстаивание примесей. Слив воды из отстойника происходит через расположенный по периметру отстойника кольцевой лоток 5, причем перед ним вода проходит через фильтр 6 с плавающей загрузкой.
Фильтр работает в режиме безнапорного фильтрования со скоростью до 10 м/час. Снизу и сверху загрузка ограничена сетками 13, 14, расстояние между которыми обеспечивает необходимое расширение загрузки при ее промывке.
В слое воды над фильтром перемещается сосунная труба 21, низ которой располагается на 0,05 м выше верха металлоконструкций, фиксирующих верхнюю сетку фильтра. Через сосунную трубу посредством насоса 19 грязная промывная вода с фильтра отводится в центральный стакан отстойника. Насос, располагаемый на вращающейся ферме отстойника, работает непрерывно, обеспечивая частичную промывку загрузки фильтра с периодом, равным периоду вращения фермы (30-40 мин).
3
2
Дополнительная водовоздушная промывка загрузки осуществляется с использование осветленной воды в качестве промывной, и производится при включении газодувки 20, располагаемой на вращающейся ферме отстойника и подающей воздух под загрузку фильтра через перфорированную трубу 22. Аэрация загрузки с интенсивностью не менее 10 м/м⋅час обеспечивает ее расширение и перемешивание, а возникающие эрлифтные потоки промывают загрузку с выносом задержанных в ней частиц в слой воды над загрузкой и под загрузкой. Взвешенные частицы, выносимые в слой воды под загрузкой, оседают в осадочную зону отстойника. Взвешенные и эмульгированные частицы, поступающие в слой воды над загрузкой, отводятся вместе с грязной промывной водой посредством сосунной трубы 21 в центральный стакан отстойника.
Газодувка включается на период одного оборота фермы при достижении расчетного уровня воды в отстойнике, который отвечает потерям напора в фильтре и соответствует уровню кромки водослива лотка.
Включение газодувки производится периодически и может осуществляться вручную или автоматически по сигналу от датчика уровня воды в отстойнике.
В варианте исполнения резервуара прямоугольной в плане формы (фиг. 3, 4) исходная вода через щелевое отверстие 40 подается на вход отстойника 25. Осветленная в отстойнике вода поступает на фильтр 26 и фильтруется через загрузку 29 в направлении снизу вверх. Очищенная вода из полости над загрузкой через окно 34 отводится по трубопроводу 35. В режиме очистки задвижка 36 открыта, воздух на перфорированные трубы 37 и эрлифты 33 не подается. В режиме промывки задвижка 36 закрыта, включена подача воздуха на перфорированные трубы 37 и эрлифты 33. Аэрация загрузки приводит ее в псевдоожиженное состояние за счет возникающих циркуляционных потоков воды. Накопленные в загрузке взвешенные вещества выносятся в слой воды над загрузкой, откуда откачиваются эрлифтами 33, и в слой воды под загрузкой, откуда оседают в приямки 27 и откачиваются эрлифтами 28.
В обоих вариантах исполнения резервуара фильтрование осуществляется в направлении снизу вверх, при этом, как показано на фиг. 5, сточная вода сначала проходит слой более крупной загрузки эллипсоидной формы 41, а затем - слой более мелкой загрузки округлой формы 42, чем достигается более равномерное распределение взвешенных веществ по высоте слоя загрузки, повышение грязеемкости загрузки, увеличение эффективности очистки сточной воды и производительности установки.
Размещение фильтра с плавающей загрузкой непосредственно в проточной зоне установки позволяет увеличить эффективность очистки от взвешенных и эмульгированных веществ в установке за счет повышения коэффициента использования объема проточной зоны отстойника и усреднения расхода воды через эту зону. Предложенное устройство позволяет увеличить эффективность фильтрационной доочистки осветленной воды за счет предотвращения измельчения агрегативно неустойчивых взвесей и эмульсий, которое происходит при транспортировке осветленной воды из сооружения осветления в фильтр при очистке на раздельных сооружениях.
Использование предложенного устройства позволяет повысить эффективность очистки сточных вод и увеличить производительность при сохранении качества очистки.