Способ очистки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов
METHOD OF TREATING WASTE WATER WITH OBTAINING PURIFIED WATER AND DECONTAMINATED WASTES

Изобретение относится к области очистки природных и сточных вод, и может быть использовано для очистки хозяйственно-бытовых или приравненных к ним по составу производственных сточных вод не только от одного или нескольких жилых объектов, отдаленных от существующих систем канализации, очистных сооружений, а именно для очистки сточных вод коттеджей, турбаз и кемпингов, придорожных кафе и гостиниц, АЗС, от временных зданий и сооружений, строительных городков до строящихся объектов, предприятий и т.д., но и от коттеджного поселка до микрорайона за счет возможности большего объема переработки.
Известен способ очистки сточных вод по патенту Российской Федерации №2299864, кл. С02F 3/02, 2007 г., включающий их смешение с активным илом, аэрацию потока иловой смеси в аэротенке, разделение иловой смеси и возврат активного ила в аэротенк. Сточные воды подают в камеру предварительной очистки, из которой их откачивают насосом в аэротенк с расходом потока, превышающим расход сточных вод, поступающих на очистку, с возвратом соответствующей разницы в расходах в виде водоиловой смеси с выхода аэротенка в камеру предварительной очистки, причем эту разницу рассчитывают из условий срабатывания уровня сточных вод в камере предварительной очистки до отметки, при которой насос отключают на время, в течение которого производят заполнение камеры предварительной очистки поступающими сточными водами, с обеспечением заданных параметров по нагрузке на активный ил по органическим загрязнениям в режиме прерывистой аэрации. Заданную нагрузку на активный ил по органическим загрязнениям выбирают в пределах 100-240 мг БПК/(г ила-сутки).
Реализация данного способа позволяет снизить строительные и эксплуатационные затраты на очистку сточных вод, режим «прерывистой аэрации», используемый в технологическом процессе, обеспечивается автоматически, при этом его использование снижает объемы избыточного активного ила, улучшает перемешивание сточных вод и устраняет застойные зоны в ней.
Однако, такой способ не дает достаточной степени очистки сточных вод, позволяющей дальнейшее их использование в том числе для технического водоснабжения, например, для туалетов в жилых домах, для полива улиц, зеленых насаждений.
Известен способ биологической очистки сточных вод по патенту Российской Федерации №2489366, кл. C02F 3/02, 2013 г. Согласно способу осуществляют подачу сточных вод посредством патрубка подачи в аэрационную камеру с направляющей трубой, в которую посредством диффузора аэратора подают воздух для смешивания его со сточной водой, осажденный при обработке активный ил удаляют посредством стояка для откачки избыточного активного ила, а очищенную воду самотеком удаляют через выходной патрубок кольцевого водослива, отличающийся тем, что аэрационную камеру выполняют с глухим днищем, а диффузор аэратора размещают вблизи глухого днища, направляющую трубу выполняют в форме обратного конуса по отношению к нижней части аэрационной камеры, нижний торец направляющей трубы размещают над глухим днищем аэрационной камеры и выше этого торца направляющей трубы в конической части аэрационной камеры выполняют отверстия для выхода очищенной воды и активного ила, при этом осуществляют предварительное отделение твердых включений от мелких фракций, после которого в зону разделения подают воздух посредством диффузора аэратора, где смешивают его с поступившей сточной водой, причем перед сбросом в грунт очищенной воде проводят доочистку на песчано-щебеночном фильтре, а предварительное отделение твердых включений от мелких фракций осуществляют с помощью полимерной загрузки для прикрепленного активного ила, посредством которой образуют биологический фильтр для предварительной очистки. Песчано-щебеночный фильтр выполняют в виде фильтрационного колодца, или в виде кассеты, или в виде траншеи.
Описанный способ представляет собой несложный технологический процесс биологической очистки, позволяющий очищать сточные воды с высокой степенью очистки посредством насыщения стоков кислородом воздуха, за счет чего создается благоприятная среда для развития аэробных микроорганизмов, которые, образуя ценозы в виде хлопьев активного ила, осуществляют биологическую деструкцию органических загрязнений, содержащихся в поступающих в установку сточных водах, что значительно улучшает очистку до возможности использования очищенной воды в хозяйстве.
Однако, данный способ реализован посредством установки, компактной с высокой степенью очистки и объемом переработки применительно к индивидуальному домостроению или отдельно стоящим сооружениям или объектам. Качество очистки позволяет использовать очищенные воды только в отдельно стоящем объекте, в том числе на технические нужды, но никак в качестве питьевой воды, или воды пригодной для сброса в водоем для разведения рыбы и его пополнения.
Известен способ обработки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов по патенту Российской Федерации №2475458, кл. С02F 9/14, 2013 г., принятый заявителем за прототип.
Способ обработки сточных вод с получением очищенной воды и обезвреженных отходов, включает процеживание сточных вод в решетках, механическую очистку в песколовках, промывку, прессование и сушку отбросов с решеток и песколовок, выравнивание расходов сточных вод по часам суток за счет резервуаров усреднителей расходов, биологическую очистку сточных вод в ступенчатых биореакторах нитриденитрификации с рециркуляцией активного ила и биоценозов, прикрепленных на волокнистой ершовой насадке, доочистку сточных вод в фильтрационных устройствах с волокнистой ершовой насадкой, зернистым антрацитом и дозированием реагентов для связывания фосфатов в нерастворимые вещества и задержания нерастворимых взвешенных веществ, выделение во вторичных тонкослойных отстойниках возвратного и избыточного активного ила, реагентную обработку активного ила и обезвоживание совместно с осадком, выделенным из регенерационных и промывных вод доочистки, обеззараживание доочищенной воды облучением ультрафиолетовыми лучами, сушку и обеззараживание обезвоженных осадков. Вентиляционный воздух от сооружений механической очистки сточных вод подают посредством воздуходувок на ступень высокоскоростной аэробной биологической очистки сточных вод сообществом органогетеротрофов, прикрепленных на ершовой насадке и в составе свободноплавающего активного ила, выделяющийся из биореакторов денитрификации отработанный воздух другой группой воздуходувок нагнетается в биореакторы нитрификации, а выделяющийся из биореакторов нитрификации отработанный воздух пропускается через систему устройств электрокаталитического обеззараживания и обезвреживания перед выпуском в систему отвода обезвреженного воздуха в окружающую воздушную среду, высушенные при температуре 240°С до влажности 25% и обеззараженные и охлажденные до 40°С отходы из отбросов и осадков сточных вод фасуются и упаковываются в герметичные блок-пакеты, транспортируются в места складирования или утилизации.
Данный технологический процессе обработки сточных вод позволяет разрешать строить на его основе канализационные очистные станции в центре жилой застройки, сокращая этим длины канализационных сетей, количество перекачивающих насосных станций и, создавая возможность широкого использования очищенной воды для нужд технического водоснабжения предприятий, полива улиц и зеленых насаждений (особенно в жаркое время года), замену расходования питьевой воды для нужд водоснабжения туалетов технической.
Однако, качество очистки сточных вод не позволяет использовать ее для пополнения водоема для разведения рыбы и, тем более, использовать в качестве воды для технических нужд жилых и общественных объектов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка и создание способа и установки для очистки хозяйственно-бытовых или приравненных к ним по составу производственных сточных вод, обладающих высоким экологическим эффектом, несложными в управлении, модульной конструкцией установки, обеспечивающей высокое качество очистки стоков, чтобы создать возможность широкого использования очищенной и обеззараженной воды для оборотного технического водоснабжения, в том числе для полива улиц, зеленых насаждений в маловодных регионах с жарким климатом, а также для пополнения водоема для разведения рыбы. Кроме того, установка должна быть простой в изготовлении и исключительно удобной в обслуживании. Изобретение должно обеспечивать стабильное высокое качество очистки, большие технологические возможности за счет очистки с непрерывным протеканием загрязнений из модуля в модуль по кругу, которое позволит обойтись без дополнительных стадий и устройств для рециркуляции ила, а также рациональное использование объемов сооружений биологической очистки сточных вод и сооружений механической очистки, получение стабильных параметров качества очищенной воды. Повышение санитарной надежности, экологической безопасности и экономичности процесса оборотного водоснабжения, расширение области применения от коттеджного поселка до микрорайона или предприятия.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении, включающем использование комплекса, в котором осуществляют предварительную механическую очистку сточных вод от крупных твердых частиц, биологическую очистку с насыщением воды кислородом воздуха и доочистку, очистку сточных вод осуществляют посредством блочно-модульного комплекса, в котором установку биологической очистки выполняют в виде модуля грубой биологической очистки сточных вод, осуществляющем предварительное отделение твердых включений от мелких фракций посредством полимерной загрузки, выполнящей роль биологического фильтра для предварительной очистки, и насыщают воду кислородом воздуха, до предварительного отделения твердых включений от мелких фракций в модуле грубой биологической очистки удаляют из стоков крупные твердые частицы посредством сгустителя, установленного в модуле механической очистки сточных вод, размещенного перед модулем грубой биологической очистки, после грубой биологической очистки удаляют органические загрязнения и биогенные элементы в мембранном биореакторе, который размещают в модуле тонкой очистки сточных вод, затем в модуле адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды окисляют растворенные и взвешенные органические вещества, присутствующие в сточной воде, используя в качестве окислителя озон, получают очищенную воду, которую из модуля адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды направляют в накопитель очищенной воды, откуда насосом ее направляют на технические нужды, полива территории, а излишки очищенной воды самотеком удаляют в дренажные колонны или фильтрационные колодцы для утилизации воды, причем доочистку очищенной воды осуществляют в установке обратного осмоса, которую устанавливают после дренажных колонн и используют для разделения растворенных в воде веществ на молекулярном уровне, после чего чистую воду используют для пополнения водоема для разведения рыбы.
Кроме того, образовавшиеся в модуле тонкой очистки и модуле адсорбции и химического окисления воды или декарбонизации воды ил и осадки направляют в модуль грубой биологической очистки на повторную переработку, а затем выпавшие в осадок отходы принудительно насосом перекачивают в модуль механической очистки, где осуществляют дополнительную обработку отходов, которые после этого обезвоживают и обеззараживают в модуле обезвоживания и обеззараживания, в котором устанавливают центрифугу и фильтр-пресс, твердые отходы направляют на брикетирование в соответствующую установку, а полученные брикеты используют для производства удобрений или пакетируют в герметичные блок-пакеты и направляют на утилизацию обеззараженных отходов.
Кроме того, в блочно-модульном комплексе устанавливают не менее двух модулей грубой очистки и двух модулей тонкой очистки, не менее двух модулей адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды, после которых устанавливают не менее трех накопителей очищенной воды и не менее двух дренажных колонн или фильтрационных колодцев, а также одного модуля обезвоживания и обеззараживания отходов и одной установки обратного осмоса.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в повышении санитарной надежности, экологической безопасности и экономичности, в расширении области применения за счет создания технологического процесса с высоким экологическим эффектом, обеспечивающим оборотное водоснабжение для технических нужд с высоким качеством очистки стоков до степени очищенной воды, пригодной для пополнения водоема и разведения рыбы.
На чертеже изображена блочная схема блочно-модульного комплекса очистки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов.
Спроектированный из модулей, организованный процесс очистки сточных вод позволяет осуществить практически полное биологическое разложение органических соединений в воде. Высокая эффективность очистки позволяет вести сброс очищенной воды в водоемы рыбо-хозяйственного назначения. Блочно-модульные комплексы очистки сточных вод полностью соответствуют требованиям к эксплуатации в суровых российских условиях и жестким санитарным нормам. Поэтому область применения таких комплексов чрезвычайно широка: от коттеджного поселка до микрорайона, или предприятия.
Представленный на чертеже в виде блочной схемы блочно-модульный комплекс очистки сточных вод, предлагается для реализации заявленного способа, включающий ряд модулей, устройств и механизмов, используемых для очистки сточных вод.
В комплекс очистки включены патрубок 1 подачи сточных вод в модуль 2 механической очистки сточных вод со встроенным в него сгустителем, насос 3 перекачки сточной воды в модуль 4 грубой биологической очистки сточных вод, в котором осуществляют предварительное отделение твердых включений от мелких фракций посредством полимерной загрузки и насыщают воду кислородом воздуха, т.е. осуществляют аэрацию.
Дальше по технологической цепочке последовательно с модулем 4 грубой биологической очистки установлен модуль 5 тонкой очистки сточных вод, в котором размещен мембранный биореактор усиливающий качество очистки сточных вод посредством удаления органических загрязнений и биогенных элементов. После модуля 5 тонкой очистки установлен модуль 6 адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды, где окисляют растворенные и взвешенные органические вещества, присутствующие в сточной воде, а в качестве окислителя используют озон, который разрушает в водных растворах органические вещества и получают очищенную воду.
За модулем 6 адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды размещен накопитель 7 очищенной воды и дренажные колонны 8 или фильтрационные колодцы для утилизации воды. К накопителю 7 очищенной воды подведен технический водопровод 9, который передает очищенную воду на технические нужды.
Дальше, перед сбросом очищенной воды в водоем 10 для разведения рыбы, в комплекс очистки включена установка 11 «обратного осмоса», где осуществляют доочистку очищенной воды и достигают гораздо более высокой степени очистки воды, чем в основных классических методах фильтрования, базирующихся на адсорбции загрязнителей на активированном угле и фильтрации механических примесей.
Между модулем 2 механической очистки сточных вод и модулем 4 грубой биологической очистки установлен насос 12 подачи осадка, выпавшего в модуле 4 грубой очистки, в модуль 2 механической очистки для повторной переработки.
Модуль 2 механической очистки соединен с модулем 13 обезвоживания и обеззараживания отходов, в который выделенные осадки и крупные частицы из модуля 2 механической очистки направляют для обезвоживания и обеззараживания. В модуле обезвоживания и обеззараживания устанавливают центрифугу и фильтр-пресс. Обезвоживание пенного продукта флотации (шлама), например, на рамном фильтр-прессе достигает 70%, а обезвоженный шлам может использоваться в качестве вторсырья, например, в строительном производстве.
В центрифуге поданный в нее шлам уплотняют и обезвоживают. В результате выходит кек с высоким содержанием сухого остатка, а очищенную воду направляют обратно по барабану и сбрасывают в цилиндрическую часть барабана, или подают в модуль 4 грубой биологической очистки сточных вод.
Обезвоженные и обеззараженные отходы направляют в соответствующую установку 14 по брикетированию, где полученные брикеты используют для производства удобрений или строительных материалов, или фасуют и упаковывают брикеты в герметичные блок-пакеты, транспортируют в места 15 реализации или направляют на утилизацию 16 обеззараженных отходов.
Способ очистки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов осуществляют следующим образом.
Сточные воды по патрубку 1 подачи сточных вод подают в модуль 2 механической очистки, где предварительно удаляют из стоков крупные твердые частицы, используя для этого сгуститель - отстойник. После предварительной очистки сточных вод от крупных твердых частиц, стоки насосом 3 направляют в модуль 4 грубой биологической очистки сточных вод, в котором осуществляют предварительное отделение твердых включений от мелких фракций посредством полимерной загрузки, которая выполняет роль биологического фильтра для предварительной очистки, и насыщают воду кислородом воздуха, то есть осуществляют аэрацию, тем самым освобождают воду от нежелательных или избыточных газов и обеспечивают жизнедеятельность микроорганизмов, осуществляющих процесс минерализации растворенных в сточных водах органических и других загрязнений.
Таких модулей в блочно-модульном комплексе устанавливают не менее двух. В сооружениях биологической очистки сточных вод аэрацию воды производят для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов (аэробных бактерий), осуществляющих процесс минерализации растворенных в сточных водах органических веществ и других загрязнений.
После предварительной очистки сточных вод от крупных твердых частиц в модуле 2 механической очистки и в модуле 4 грубой очистки, удаляют органические загрязнения и биогенные элементы без использования вторичных отстойников и блока доочистки в мембранном биореакторе, который размещают в модуле 5 тонкой очистки сточных вод. Мембранный биореактор гарантирует качество очистки сточных вод, имеет минимальные габариты, отсутствие выноса ила, простота эксплуатации, может работать полностью в автоматическом режиме.
Мембранные биореакторы позволяют реализовать современную технологию очистки сточных вод. Данная технология позволяет добиться качества очищенной воды, удовлетворяющего требованиям для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения. Технология мембранного биореактора незаменима в условиях ограниченности места для строительства очистных и высоких требований к степени очистки.
Модулей 5 тонкой очитки сточных вод в блочно-модульном комплексе устанавливают не менее двух.
Предварительно очищенные сточные воды из модуля 5 тонкой очистки направляют в модуль 6 адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды, где окисляют растворенные и взвешенные органические вещества, присутствующие в сточной воде, а в качестве окислителя используют озон. Озон, являясь сильным окислителем, обладает способностью разрушать в водных растворах органические вещества. При озонировании окисляются как растворенные, так и взвешенные органические вещества, присутствующие в сточной воде. Для снижения расхода озона целесообразно применять озонирование на завершающей стадии глубокой очистки сточных вод после максимального удаления из воды взвесей.
По сравнению с другими окислителями (например, хлор) озон имеет ряд преимуществ: его можно получать непосредственно на очистных сооружениях, причем сырьем для его получения служит технический кислород или атмосферный воздух, процесс легко поддается автоматизации. Озонирование, несмотря на относительно высокую стоимость обработки сточных вод, привлекает в первую очередь высокой реакционной способностью, сильным бактерицидным действием, возможностью получения озона на месте, отсутствием в озонируемой воде остаточных концентраций озона, который, будучи нестойким соединением, быстро переходит в кислород. Поэтому озон является перспективным окислителем в технологии глубокой очистки сточных вод.
В предложенном процессе очистки сточных вод используют не менее двух модулей 6 адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды.
Из модуля 6 адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды предварительно очищенную воду направляют в накопитель 7 очищенной воды, излишки которой самотеком удаляют в дренажные колонны 8 или фрикционные колодцы для утилизации воды, а часть насосом 3 перекачивают в технический водопровод 9 и передают на технические нужды, полив территории. Для получения высокого качества очищенной воды, используемой в дальнейшем в хозяйстве, желательно размещать не менее трех накопителей 7 очищенной воды и не менее двух дренажных колонн 8 или фрикционных колодцев.
С этой же целью перед сбросом очищенной воды в водоем 10 для разведения рыбы ее насосом 3 направляют на доочистку в установку 11 «обратного осмоса», которую устанавливают после дренажных колонн 8 и используют для разделения растворенных в воде веществ на молекулярном уровне. В установке 11 «обратного осмоса» достигают гораздо более высокой степени очистки воды, чем в основных классических методах фильтрования, базирующихся на адсорбции загрязнителей на активированном угле и фильтрации механических примесей. В этом процессе вода и растворенные в ней вещества разделяют на молекулярном уровне, после чего чистую воду используют для пополнения водоема 10 для разведения рыбы.
Использование установок «обратного осмоса» имеет следующие преимущества, например:
- степень извлечения загрязняющих веществ - 99,9%;
- уникальное качество очищенной воды:
- удаление низкомолекулярных гуминовых соединений, придающих воде желтоватый оттенок и ухудшающих ее органолептические свойства;
- универсальность - эффективное извлечение смеси загрязняющих веществ: ионы тяжелых металлов + ионы кальция и магния + фосфаты, сульфаты и хлориды;
- отсутствие вторичного загрязнения воды;
- длительный срок службы системы при периодической обратной промывке мембран;
- простота и надежность в эксплуатации, автоматизированный режим работы;
- высокая рентабельность;
- высокая экологическая безопасность.
Кроме того, использование установок «обратного осмоса» и нанофильтрации позволяет получить умягченную воду высокого качества в процессе водоподготовки и воду для промывных операций и приготовления растворов электролитов при создании систем оборотного водоснабжения предприятий машиностроительного комплекса.
После обработки в установке «обратного осмоса» полученную чистую воду можно гарантированно использовать для пополнения водоема для разведения рыбы.
Образовавшиеся в модуле 5 тонкой очистки, модуле 6 адсорбции и химического окисления или декарбонизации воды, а также в накопителе 7 очищенной воды ил и твердые осадки направляют в модуль 4 грубой очистки на повторную переработку, а затем выпавшие в осадок направленные в него на повторную переработку и находящиеся в нем отходы принудительно насосом 12 перекачивают в модуль 2 механической очистки сточных вод, где осуществляют дополнительную обработку отходов, которые после этого обезвоживают и обеззараживают в модуле 13 обезвоживания и обеззараживания.
В центрифуге поданный в нее шлам уплотняется и обезвоживается. В результате выходит кек с высоким содержанием сухого остатка, а очищенная вода проходит обратно по барабану и сбрасывается в цилиндрической части барабана, или подается в модуль 4 грубой очистки сточных вод.
Обезвоженные и обеззараженные отходы направляют в соответствующую установку 14 по брикетированию, где полученные брикеты используют для производства удобрений или строительных материалов, или фасуют и упаковывают брикеты в герметичные блок-пакеты, транспортируют в места 15 реализации или направляют на утилизацию 16 обеззараженных отходов.
Аэрация, используемая в предлагаемом техническом решении - это технологический процесс, цель которого компенсировать дефицит кислорода в исходной воде (для ее последующего обезжелезивания) или освободить ее от нежелательных или избыточных газов. В масштабах экономики и производства отрасль, которая использует технологию аэрации - рыбная промышленность. Самостоятельная аэрация пруда или другого водоема, в котором происходит разведение рыбы, практически невозможна, итогом этого является пониженный уровень кислорода в воде.
Сложившееся сегодня положение в области ресурсопотребления и масштабы промышленных выбросов позволяют сделать вывод о том, что имеется только один путь решения проблемы оптимального потребления природных ресурсов и охраны окружающей среды - создание экологически безвредных технологических процессов, или безотходных, а на первое время - малоотходных. Это единственный способ, подсказанный самой природой.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать технологический процесс очистки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов и реализовать его с помощью блочно-модульного комплекса, который обладает простотой в изготовлении и исключительно удобен в обслуживании, обеспечивает стабильное высокое качество очистки, имеет широкие технологические возможности за счет очистки с непрерывным протеканием загрязнений из модуля в модуль по кругу, что позволяет обойтись без дополнительных стадий и устройств для рециркуляции ила, а также рациональное использование объемов сооружений биологической очистки сточных вод и сооружений механической очистки сточных вод, осуществление оборотного водоснабжения для технических нужд и получение стабильных параметров качества очищенной воды. Кроме того, использование предлагаемого технического решения позволило повысить санитарную надежность, экологическую безопасность и экономичность процесса, расширить область его применения от коттеджного поселка до микрорайона, или предприятия.