СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ИНТЕНСИВНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОЙ ИНТЕНСИВНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF CONTINUOUS BIOLOGICAL TREATMENT OF EFFLUENTS AND INSTALLATION TO THIS END

Изобретение относится к установкам для глубокой очистки сточных вод высокой производительности, используемых в промышленных и бытовых поточных очистных сооружениях для биологической активационной очистки сточных вод активным илом во взвешенном состоянии.
Известна установка биологической очистки сточных вод, содержащая устройство предварительной очистки, ступенчатый аэротенк с аэрационными системами и носителями прикрепленной микрофлоры, вторичный отстойник с бункером-накопителем илового осадка и патрубком его отвода (см. патент на изобретение RU №2304083, С02F 3/12, oпубл. в 2007 г.). Эффективность известной установки и способ очистки, который в ней реализован, недостаточны для получения очищенной воды в поточном режиме для больших очистных сооружений.
Известно устройство для очистки сточных вод, содержащее закрытый корпус, в котором расположены уравнивающий отсек с активным илом, входным патрубком и аэраторами, сообщающийся с ним перепускным каналом активационный отсек с установленным в его придонной части мелкопузырчатым аэратором, сообщающийся с активационным отсеком посредством главного насоса аэротенк, в котором также установлен мелкопузырчатый аэратор, связанный с аэротенком посредством илового насоса отсек стабилизации ила с расположенной в нем аэратором-мешалкой и связанный с аэротенком посредством циркуляционного насоса выходной отсек с фильтром, расположенным перед выпускным патрубком, при этом отсек стабилизации ила соединен с уравнивающим отсеком переливным трубопроводом, а все аэраторы и выполненные в виде эрлифтов насосы соединены с компрессором через пневмораспределители, связанные с блоком управления, причем выходная часть уравнивающего отсека перед перепускным каналом отделена от его входной части наклонной задерживающей решеткой, по обе стороны от которой в придонной части отсека установлены аэраторы-мешалки, аэротенк сообщен с активационным отсеком рециркуляционным насосом, выполненным в виде эрлифта, при этом в аэротенке установлен связанный с блоком управления датчик кислорода в жидкости, а на трубопроводе подачи воздуха в мелкопузырчатый аэратор, расположенный в придонной части аэротенка, установлен клапан, также связанный с блоком управления, при этом расположенный в выходном отсеке фильтр выполнен в виде каркасного фильтра ультрафильтрационной очистки (см. патент на изобретение RU №2355649, С02F 3/02, oпубл. в 2009 г.). Это компактное устройство предназначено для коттеджей и транспортных средств. При его невысокой производительности не представляется возможным использование в городских очистных сооружениях.
Известна установка очистки сточных вод, содержащая емкость, в которой размещены первичный отстойник, аэротенк с носителем прикрепленной микрофлоры и системой аэрации, вторичный отстойник, систему рециркуляции активного ила, системы удаления очищенной воды и илового осадка, причем носитель прикрепленной микрофлоры выполнен в виде параллельных штор из тканевого или пленочного материала, к нижней части которых прикреплены фиксирующие натяжные грузы, верхней своей частью шторы закреплены к подвижной раме, которая через блоки тросами соединена с уравновешивающими грузами, а между вторичным отстойником и системой удаления очищенной воды установлен источник ультрафиолетового излучения, при этом аэротенк установки разделен по ходу движения сточных вод перегородками по меньшей мере на две части, оснащен по меньшей мере двумя подвижными рамами с носителями прикрепленной микрофлоры, уравновешивающие грузы выполнены в виде полых колпаков, установленных в кессонах с очищенной водой, установка дополнительно содержит самоочищающуюся решетку, расположенную в верхней части емкости перед первичным отстойником, воздушный ресивер, который через воздухораспределители соединен раздельно с системами аэрации и уравновешивающими грузами каждой подвижной рамы, а сами воздухораспределители оснащены дополнительными выпускными патрубками с клапанами (см. патент на изобретение RU №2130901, С02F 3/12, oпубл. в 1999 г.). Способ очистки сточных вод, реализованный в разделенном на две части аэротенке, дает возможность микрофлоре более эффективно поочередно воздействовать на сточные воды то в одной части аэротенка, то в другой. Однако реализованный в конструкции аэротенка способ не предусматривает увеличение пути и времени воздействия сточных вод с активным илом без изменения габаритов установки, что снижает эффективность очистки и повышает энергозатраты установки.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению являются способ очистки сточных вод, содержащих расщепляемые вещества, включающий непрерывную обработку сточных вод на ступени механической подготовительной очистки с использованием осадительного резервуара для отделения тяжелого материала, разделение на первой и второй ступенях флотации, на которых происходит отделение пены твердого материала, образованной при использовании водно-газовых смесителей, ступень биологической очистки, при этом ступень механической подготовительной очистки включает сепаратор крупного твердого материала и сепаратор мелкого твердого материала, биологическую очистку осуществляют путем аэробной и последующей анаэробной очистки с многократной циркуляцией на каждой отдельной ступени очистки, регулируемой в ходе процесса через байпасы, причем сточную воду, циркулирующую на аэробной ступени очистки, смешивают с подаваемой из водно-газового смесителя смесью технического кислорода и осветленной воды, при этом прохождение сточной воды через отдельные ступени обработки контролируют и регулируют при помощи чувствительных элементов и устройства управления процессом, и устройство для очистки сточных вод, содержащее ступень механической подготовительной очистки в виде осадительного резервуара для тяжелого материала, флотаторы первой и второй ступеней, водно-газовые смесители, установку биологической очистки, сепараторы крупного и мелкого твердого материала, сборный резервуар, выпускной резервуар для осветленной воды и перепускной трубопровод, представляющий собой байпас, идущий от выпускного резервуара для осветленной воды к сборному резервуару, при этом установка биологической очистки имеет ступень аэробной и ступень анаэробной биологической очистки, а водно-газовые смесители соединены с перепускным трубопроводом (см. патент на изобретение RU №2126366, С02F 3/12, oпубл. в 1999 г.). Известный способ имеет недостатки, связанные с повышенным расходом осветленной воды, которая используется как добавка для очистителя сточных вод, и как следствие приводит к неоправданно повышенному расходу энергоносителей. Известное устройство более универсально, чем предыдущие технические решения, но имеет сложную конструкцию, приводящую к сбоям в очистных сооружениях, предназначенных для обработки больших объемов сточных вод.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения эффективности очистки сточных вод за счет увеличения производительности установки, повышения качества очистки, интенсификации процессов воздействия на сточные воды и расширения способов воздействия активного ила на сточные воды при их непрерывном спиралеобразном движении и периодическом переходе из аэробной зоны в аноксидную зону и обратно.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе непрерывной интенсивной биологической очистки сточных вод, включающем предварительную обработку сточных вод в приемном аэротенке с предварительной биологической очисткой сточных вод, сепарацией и удалением твердой фракции, основную биологическую очистку активным илом при аэрации сточных вод в аэробной фазе и отсутствии аэрации в аноксидной фазе, подачу отработанного активного ила на стабилизацию и отвод очищенных вод, основную биологическую очистку сточных вод осуществляют в основном аэротенке путем образования продольно расположенных камер, связанных между собой в верхней и нижней зонах, направляя сточные воды перетоком по спирали из одной камеры в другую за счет создания аэробной зоны в одной камере и аноксидной зоны в другой камере с осуществлением процессов нитрификации сточных вод в аэробной фазе и процессов денитрификации образующихся нитратов и нитритов в аноксидной фазе, причем перетекание сточных вод из аэробной зоны в аноксидную зону осуществляют в верхней части камер под воздействием аэрации сточных вод в аэробной зоне, создающей дисбаланс уровня сточных вод по высоте за счет уменьшения плотности водо-воздушной смеси, а перетекание сточных вод из аноксидной зоны в аэробную зону осуществляют в нижней части камер под воздействием разрежения в нижней части аэробной зоны, при этом изменение направления спирального движения сточных вод на противоположное производят выключением аэрации в аэробной зоне и включением аэрации в аноксидной зоне после накопления в аноксидной зоне с дефицитом кислорода высококонцентрированного живого осадка активного ила и нарастания в нем процессов отмирания. В приемном аэротенке из сточных вод выделяют и удаляют мелкую неорганическую фракцию, а перед подачей сточных вод в основной аэротенк выделяют и удаляют крупную неорганическую фракцию. Отработанный активный ил удаляют из приемного аэротенка в стабилизатор, производят минерализацию биомассы с уменьшением органической составляющей активного ила, а затем подают на обезвоживание.
А также тем, что в установке непрерывной интенсивной биологической очистки сточных вод, содержащей приемный аэротенк с аэраторами, первичным отстойником и системой выделения и удаления твердой неорганической фракции, связанный горизонтальным каналом эрлифта избыточного активного ила со стабилизатором активного ила и каналом перетока с основным аэротенком, включающим продольные аэраторы и транспортирующие системы активного ила и связанным с вторичным отстойником, основной аэротенк выполнен двухкамерным с продольно расположенной между камерами погружной перегородкой, выполненной с продольно расположенными отверстиями в верхней и нижней зонах и образующей продольные камеры управляемой активации, связанные между собой отверстиями в нижней и верхней зонах погружной перегородки, с возможностью зональной аэрации в одной из камер при спиральном движении сточных вод из одной камеры в другую, а аэраторы расположены продольно в обеих камерах и снабжены переключателем воздушного потока. Первичный отстойник расположен в задней зоне приемного аэротенка, выполнен со щелевым отверстием в нижней зоне для нижнего поступления предварительно обработанных в приемном аэротенке сточных вод и связан каналом перетока с основным аэротенком, а система выделения и удаления твердой фракции снабжена насосом песчаной пульпы, расположенным в нижней зоне первичного отстойника под его щелевым отверстием, при этом вертикальный канал эрлифта избыточного активного ила для подачи в стабилизатор расположен в нижней части первичного отстойника над щелевым отверстием. Система выделения и удаления твердой фракции снабжена транспортером для крупного мусора, выполненным в виде ступенчатой подвижной решетки, расположенной в зоне канала перетока. Вторичный отстойник выполнен двухкамерным, при этом камеры вторичного отстойника расположены с разных сторон погружной перегородки и снабжены общим транспортером рециркуляционного активного ила, связанным с приемным аэротенком.
Стабилизатор активного ила снабжен либо низкооборотной механической мешалкой, либо крупнопузырчатым аэратором, расположенными в его нижней зоне.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображена установка непрерывной интенсивной биологической очистки сточных вод. На фиг.2 - основной аэротенк, поперечное сечение. На фиг.3 - фрагмент погружной перегородки с отверстиями.
Установка непрерывной интенсивной биологической очистки сточных вод включает приемный аэротенк 1 с преимущественно придонной системой 2 аэрации, первичным отстойником 3, расположенным в задней зоне приемного аэротенка 1 и системой выделения и удаления твердой неорганической фракции из сточных вод. Первичный отстойник 3 имеет щелевое отверстие 4 в нижней зоне для нижнего поступления в него предварительно обработанных путем аэрации и воздействия активным илом сточных вод из приемного аэротенка 1. Система выделения и удаления твердой неорганической фракции снабжена насосом 5 песчаной пульпы, расположенным в нижней зоне первичного отстойника 3 под его щелевым отверстием 4. Трубы 6 придонной системы 2 аэрации могут быть расположены продольно или поперечно движению сточных вод. Первичный отстойник 3 приемного аэротенка 1 связан с основным аэротенком 7 каналом 8 перетока. Канал 8 перетока может быть оснащен транспортером 9 для удаления более крупной, чем песок, неорганической фракции с небольшим удельным весом (легкого мусора), выполненный в виде ступенчатой подвижной решетки.
Основной аэротенк 7 выполнен двухкамерным в продольном направлении (по ходу движения сточных вод). Камеры 10 и 11 управляемой активации основного аэротенка 7 образованы продольно расположенной погружной перегородкой 12. В нижней зоне камер 10 и 11 продольно расположены придонные аэраторы 13 и 14 соответственно.
Придонные аэраторы 13 и 14 связаны с воздуходувкой 15 посредством систем распределения 16 и 17, воздуховодов 18 и 19 и переключателя 20 воздуха. Погружная перегородка 12 либо имеет продольно расположенные внизу отверстия 21 и расположенные вверху отверстия 22, либо установлена с зазором 23 ко дну аэротенка 7 таким образом, чтобы ее нижняя кромка не касалась дна аэротенка 7, а верхняя кромка была на уровне сточных вод, но ниже верхнего уровня аэротенка 7 с зазором 24 к верхней кромке аэротенка 7. Такое расположение и выполнение погружной перегородки 12 позволяет получить камеры 10 и 11 управляемой активации, связанные между собой либо отверстиями 21 и 22 в нижней и верхней зонах погружной перегородки 12 (либо нижним зазором 23 и верхним зазором 24), с возможностью зональной аэрации в одной из камер 10 или 11 при спиральном движении сточных вод из одной камеры в другую. Аэротенк 7 снабжен транспортирующей системой рециркуляции активного ила, включающей эрлифты 25, расположенные в каждой камере 10 и 11 в зонах формирования осадка активного ила и связанные с самотечным каналом 26 рециркуляции активного ила, выходной конец которого расположен над приемным аэротенком 1. Аэротенк 7 оснащен двумя вторичными отстойниками 27, расположенными в камерах 10 и 11. Отстойники 27 оснащены стоками 28 для выхода очищенной (осветленной) воды. Насос 5 песчаной пульпы связан с приемником 29 песка. Транспортер 9 крупного легкого мусора связан с приемником 30 мусора. Приемный аэротенк 1 связан со стабилизатором 31 посредством трубопровода 32 с эрлифтом 33 избыточного активного ила для подачи в стабилизатор 31. Входное отверстие эрлифта 33 расположено в нижней части первичного отстойника 3 над щелевым отверстием 4. Стабилизатор 31 оснащен мешалкой 34 и насосом 35 стабилизированного ила на обезвоживание. Вместо мешалки 34 может быть использован крупнопузырчатый аэратор (не показано). Вторичные отстойники 27 могут быть выполнены с нижними щелевыми отверстиями 36.
Способ непрерывной интенсивной биологической очистки сточных вод заключается в следующем. В приемном аэротенке 1 производят предварительную обработку сточных вод активным илом с придонной аэрацией. Сточные воды, попадающие в приемный аэротенк 1, подвергают различным видам воздействия: фрагменты 37 органического мусора разлагают с помощью активного ила, подаваемого в приемный аэротенк 1 транспортирующей системой рециркуляции активного ила, включающей эрлифты 25 и самотечный канал 26, из аэротенка 7, и пузырьков воздуха, подаваемых через систему 2 аэрации, создающих эффект «кипения» и способствующих процессам «разбивания» фрагментов 37 органического мусора и окисления органических веществ. А также в приемном аэротенке 1 и первичном отстойнике 3 осуществляют сепарацию и удаление мелкой неорганической фракции насосом 5 песчаной пульпы. В канале 8 перетока перед подачей сточных вод в основной аэротенк 7 при необходимости выделяют и удаляют легкую неорганическую фракцию посредством транспортера 9.
Через канал 8 перетока в основной аэротенк 7 попадают сточные воды, содержащие мелкодисперсные органические частицы. Сточные воды в основном аэротенке 7 совершают продольное спиралеобразное движение вокруг погружной перегородки 12 в продольно расположенных камерах 10 и 11, связанных между собой отверстиями 22 и 21 или зазорами 24 и 23 в верхней и нижней зонах перегородки 12. При включении аэрации в камере 10 создается аэробная зона с эффектом «кипения», способствующим уменьшению плотности жидкости и увеличению ее объема, возникает дисбаланс уровня сточных вод по высоте погружной перегородки 12. «Вскипающие» сточные воды устремляются через верхний зазор 24 перегородки 12 (либо через верхние отверстия 22) в камеру 11, где отсутствует аэрация. Таким образом в камере 10 создается аэробная зона с осуществлением процессов нитрификации сточных вод в фазе аэрации, а в камере 11 создается аноксидная зона с осуществлением процессов денитрификации образовавшихся в аэробной зоне нитратов и нитритов. Перетекание сточных вод из аноксидной зоны камеры 11 в аэробную зону камеры 10 происходит в нижней части камер 10 и 11 через нижние зазоры 23 (либо через нижние отверстия 21) перегородки 12 под воздействием разрежения в нижней части аэробной зоны. В процессе такой работы аэротенка 7 сточные воды многократно попадают из камеры 10 в камеру 11 над перегородкой 12 и обратно под перегородкой 12, совершая продольное спиралеобразное движение из аэробной зоны в аноксидную и обратно. В аэробной зоне камеры 10, где происходит процесс нитрификации, микроорганизмы (бактерии) активного ила, питаясь находящимися в сточных водах органическими веществами, преобразуют их в более простые соединения - нитриты и нитраты с выделением чистой воды. В аноксидной зоне камеры 11 над придонными аэраторами 14, в которые в это время не подается воздух, постепенно накапливается высококонцентрированный живой осадок. По мере накопления живого осадка в нем нарастают процессы самоокисления (избирательного лизиса), т.е. более «сильные» микроорганизмы выделяют ферменты для окисления более «слабых». Над зоной 32 возникает дефицит кислорода и начинается процесс денитрификации сточных вод, т.е. разложение нитратов и нитритов до молекулярного азота. Часть микроорганизмов активного ила направляют на рециркуляцию в приемный аэротенк 1. По мере увеличения количества высококонцентрированного живого осадка в аноксидной зоне камеры 11 в нем начинают нарастать процессы отмирания активного ила. На этом заканчивается первый цикл работы аэротенка 7. В этот момент выключают придонные аэраторы 13 в камере 10 и включают придонные аэраторы 14 в камере 11, при этом происходит изменение направления спиралеобразного движения сточных вод на противоположное, т.к. все процессы меняются местами. С этой минуты начинается второй цикл работы аэротенка 7. В камере 11 формируют аэробную зону за счет активной аэрации сточных вод, а в камере 10 - аноксидную зону с дефицитом кислорода.
Каждый цикл осуществляется по следующей схеме. В первом периоде цикла, который длится от 30 минут до 4 часов, включают посредством переключателя 20 систему распределения 16 с придонными аэраторами 13. В камере 10 аэротенка 7 начинается интенсивное взаимодействие активного ила с воздухом и органическими частицами сточных вод и их нитрификация. Работа придонных аэраторов 13 обеспечивает надежное и тщательное растворение кислорода воздуха для использования его активным илом при окислении разлагагощихся органических загрязнений. В результате такого интенсивного окисления биологические фрагменты 37 разлагаются на нитраты, нитриты и воду. Сточные воды под действием аэраторов 13 вспениваются и перетекают в камеру 11 над перегородкой 12 (в зазор 24 либо в отверстия 22), при этом внизу, под перегородкой 12 (в зазоре 23 либо в отверстия 21) начинается «подсос» сточных вод из камеры 11 в камеру 10. Эти процессы способствуют тому, что сточные воды начинают совершать продольное (вдоль аэротенка 7) спиралеобразное движение по часовой стрелке вокруг перегородки 12. По мере накопления живого осадка в аноксидной зоне в нем нарастают процессы самоокисления (избирательного лизиса), при отсутствии аэрации возникает дефицит кислорода и идет процесс разложения нитратов и нитритов до молекулярного азота. Накопленный в аноксидной зоне активный ил направляют на рециркуляцию в приемный аэротенк 1 эрлифтами 24 и самотечным каналом 26.
Во втором периоде цикла, который также длится от 30 минут до 4 часов, включают посредством переключателя 20 систему распределения 17 с придонными аэраторами 14, выключая аэраторы 13. В зоне накопления (в предыдущем цикле) активного ила в камере 11 происходит интенсивное взаимодействие оставшегося после удаления рециркуляционной системой с эрлифтом 25 и самотечным каналом 26 (наиболее «сильного») активного ила с воздухом и органическими частицами сточных вод. Теперь сточные воды вспениваются в камере 11 и перетекают в камеру 10 над перегородкой 12, а внизу, под перегородкой 12 происходит «подсос» сточных вод из камеры 10 в камеру 11. При этом сточные воды по-прежнему совершают продольное (вдоль аэротенка 7) спиралеобразное движение, но теперь уже против часовой стрелки вокруг перегородки 12. В аноксидной зоне камеры 10 над придонными аэраторами 13, в которые в это время не подается воздух, формируется высококонцентрированный живой осадок. И теперь в камере 10 нарастают процессы самоокисления (избирательного лизиса), возникает дефицит кислорода и начинается процесс денитрификации нитратов и нитритов сточных вод. Накопленный в камере 10 активный ил отправляют рециркуляционной системой с эрлифтом 25 в приемный аэротенк 1. Полный цикл обработки сточных вод в аэротенке 7 длится от 1 часа до 8 часов. Попавшая в отстойник 27 вода может содержать небольшое количество «живого» активного ила, выпадающего на дно и подаваемого системой рециркуляции в приемный аэротенк 1, а на сток 28 перетекает очищенная осветленная вода.
Такой способ движения сточных вод увеличивает эффективность воздействия активного ила на биологические фрагменты, увеличивает время контакта активного ила с биологическими фрагментами сточных вод, а смена циклов исключает образование застойных зон в камерах 10 и 11. В стабилизаторе 31 под воздействием низкооборотной механической мешалки 34 либо крупнопузырчатого аэратора происходит минерализация биомассы с удалением углерода из активного ила, которую затем подают на обезвоживание. Полученная минерализованная до оптимальных параметров масса является хорошим удобрением со сбалансированным сочетанием минеральных и органических веществ.
Цикличное включение придонных аэраторов 13 и 14 в камерах 10 и 11 аэротенка 7, формирование аэробной и аноксидной зон в камерах 10 и 11 аэротенка 7 управляемой активации с последующей сменой цикла способствует активизации процессов переработки органических веществ в сточных водах, обеспечивает их глубокую очистку, позволяет регулировать скорость движения сточных вод и производительность аэротенка 7, удлиняя путь прохождения сточных вод вдоль аэротенка 7 за счет создания цикличных спиралеобразных продольных потоков, изменения состояния активного ила и увеличения периода активного воздействия на органические вещества. Использование данных способа и системы в городских условиях позволит улучшить качество очистки сточных вод в промышленных масштабах, исключить загрязнение больших территорий отстойниками и очистными сооружениями сточных вод, т.к. дает возможность эффективно очищать большие объемы сточных вод в достаточно компактных установках.
Таким образом, заявленное изобретение решает техническую задачу повышения эффективности очистки сточных вод за счет увеличения производительности установки, повышения качества очистки, интенсификации процессов воздействия на сточные воды и расширения способов воздействия активного ила на сточные воды при их непрерывном спиралеобразном движении и периодическом переходе из аэробной зоны в аноксидную зону и обратно.