УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
DEVICE FOR ANAEROBIC BIOLOGICAL TREATMENT OF WASTE WATER

Изобретение относится к устройству для анаэробной биологической очистки сточных вода, к которому сточная вода подводится по подводящему трубопроводу и из которого очищенная сточная вода выходит по отводящему трубопроводу, а образовавшийся газ выходит по газоотводящему трубопроводу, с основной камерой, в которую в нижней зоне подводится подлежащая очистке сточная вода и из которой в вышерасположенной противолежащей зоне выходит, по меньшей мере, один поднимающий трубопровод для отвода образующегося газа и очищенной, содержащей частицы ила сточной воды, который входит в рециркуляционный резервуар для разделения газа и очищенной, содержащей частицы ила сточной воды, и выходное отверстие которого в рециркуляционном резервуаре находится выше его входного отверстия в основной камере.
Устройства для анаэробной биологической очистки сточных вод известны из уровня техники. Обычно они состоят из отдельной реакторной камеры, в которую в донной зоне втекает подлежащая очистке сточная вода. В нижней зоне реакторной камеры находится иловый слой, который представляет собой биологически активную зону для очистки сточной воды и через который проходит поступившая вода. Во время протекания через иловый слой сточная вода очищается, причем происходят процессы химического восстановления содержащегося в ней органического вещества, и образуется биогаз (состоящий в основном из метана и диоксида углерода). Образовавшийся биогаз поднимается вверх через иловый слой и расположенную выше него зону, улавливается отделяющими щитками и подводится к газоотводящему трубопроводу. Выше отделяющих щитков находится осадительная зона, предназначенная для того, чтобы осели захваченные газом биологически активные иловые частицы и могли быть использованы вновь. Из верхней части осадительной зоны отводится очищенная сточная вода.
В этом устройстве возникают проблемы, в частности, из-за скоплений плавающего ила ниже отделителя. По причине образования газа в осадительной зоне необходима также очистка отходящего воздуха, в противном случае была бы очень сильной эмиссия запаха. Кроме того, по причине недостаточного перемешивания илового слоя потоки в нем могут быть неравномерными, что приводит к уменьшению очищающей эффективности устройства.
Устройства вышеназванного типа известны из ЕР 0170332 А1 и ЕР 0539430 B1.
В них имеются идущие из находящейся выше подводящего трубопровода для сточной воды (и выше илового слоя) и ниже уровня жидкости в основной камере зоны поднимающие трубопроводы, к которым подводится уловленный отделяющими щитками поднимающийся газ. Под давлением газа газ и очищенная, но еще содержащая илистые частицы сточная вода, по меньшей мере, по одному, поднимающему трубопроводу поднимаются в рециркуляционный резервуар. В рециркуляционном резервуаре происходит разделение биогаза и захваченной им сточной воды. Биогаз поступает в газоотводящий трубопровод, а сточная вода вместе с содержащимися в ней илистыми частицами через трубопровод обратного хода возвращается в основную камеру, а именно в ее донную зону, в результате чего происходит процесс перемешивания в иловом слое. Выше поднимающих трубопроводов с относящимися к ним отделяющими щитками находится осадительная зона и при необходимости там имеются дополнительные отделяющие щитки. Вытекание очищенной сточной воды происходит в верхней зоне основной камеры. И с этим устройством появляются проблемы, в частности из-за скоплений плавающего ила в отделителях и в зоне истечения воды, что приводит к большим затратам на обслуживание.
От устройств для очистки сточных вод следует отличать устройства для сбраживания илов с высоким содержанием подвергающегося биологическому разложению органического вещества, таких как накапливающиеся в сельском хозяйстве или промышленности. Такие илы перед обработкой содержат от 10 до 20% сухого вещества (после обработки естественно меньше, например от 5 до 6%). В сточной воде, напротив, содержание сухого вещества составляет меньше 1%, обычно на уровне 0,1%. Обычно устройства для сбраживания илов непригодны для очистки сточных вод и наоборот. Устройства для сбраживания илов известны, например, из DE 3211888 A1, DE 8211869 U1 и US 4302329 A.
Известное из DE 3330696 A1 устройство можно применять как для сбраживания илов, так и для анаэробной очистки сточных вод. Основная камера, в которой проявляется высокая органическая активность, имеет боковые переливные отверстия, которые ведут в окружающую основную камеру разделительную камеру. На внешней кромке разделительной камеры находится переливной желоб, от которого идет отводящий трубопровод для обработанного субстрата. С помощью открытой внизу перегородки в разделительной камере создается поток, проходящий сначала вниз, а затем вверх. На дне разделительной камеры оседает органически активный ил, который насосом может перекачиваться по трубопроводу обратного потока обратно в основную камеру. И в этом устройстве образуются скопления плавающего ила в основной камере и во внутренней зоне разделительной камеры, из-за чего возникает необходимость проведения работ по обслуживанию. Кроме того, задерживание биологически активного ила происходит не в полной мере. При слишком большом выносе биологически активного ила, однако, биологическая активность в основной камере уменьшается в недопустимо большой степени.
Задачей изобретения является поэтому создание устройства вышеупомянутого типа, в котором невелики затраты на обслуживание и создаются условия, эффективно препятствующие выносу биологически активного ила. В соответствии с изобретением, эта задача решается устройством с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Вспомогательная камера, в которую согласно изобретению стекает поднятая в рециркуляционный резервуар сточная вода, образует осадительную зону для сточной воды, чтобы способный к оседанию биологически активный ил мог эффективно оседать. Плавающий ил и другие всплывающие фрагменты (например, содержащие масло частицы), напротив, могут вытекать вместе с очищенной сточной водой. Оставшийся осевший ил может через соединение вспомогательной камеры и основной камеры снова отводится в основную камеру. Таким образом, предлагается очень эффективное, не требующее больших затрат на обслуживание устройство.
Соответствующее изобретению устройство может быть выполнено предпочтительно без отделителей для отделения газа. Находящаяся, как правило, выше отделителей осадительная зона в соответствующем изобретению устройстве не требуется, так как оседание биологически активного ила происходит во вспомогательной камере. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения основная камера при этом в зоне выше входного отверстия переходит с обеспечением герметичности в поднимающий трубопровод, а при необходимости входящие в этой зоне в основную камеру трубопроводы могут закрываться клапанами. При непрерывной работе в результате этого в зоне выше входного отверстия, по меньшей мере, одного поднимающего трубопровода происходит накопление газа, причем уровень жидкости находится в зоне входного отверстия, по меньшей мере, одного поднимающего трубопровода.
Если преимущественно выходное отверстие для выхода очищенной сточной воды из вспомогательной камеры находится выше, чем входное отверстие, по меньшей мере, одного поднимающего трубопровода, предпочтительно выше, по меньшей мере, на 2 м, то это приводит к возрастанию давления находящегося в верхней зоне основной камеры газа до уровня выше атмосферного давления. Результатом этого является эффект насоса, создаваемый устремляющимся в поднимающий трубопровод газом, который захватывает с собой содержащую частицы ила сточную воду.
Другие преимущества и особенности изобретения рассматриваются далее со ссылками на прилагаемые чертежи
фиг.1 - схематический вид сверху на устройство согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.2 - схематический разрез по линии А-А согласно фиг.1 и
фиг.3 - подробное изображение зоны нижнего конца поднимающего трубопровода.
Соответствующее изобретению изображенное на чертежах устройство имеет реактор или основную камеру 1, в которую в нижней зоне входит подводящий трубопровод 4 для подлежащей очистке сточной воды. Подвод сточной воды осуществляется обязательно в нижней четверти основной камеры 1, причем расстояние от дна предпочтительно составляет менее чем 1 м. В показанном варианте осуществления изобретения подводящий трубопровод 4 имеет несколько выходов 21. В качестве возможного варианта, подводящий трубопровод мог бы быть представлен и несколькими отдельно введенными в основную камеру 1 ответвлениями.
Нижняя часть основной камеры 1 образует активную зону 5, в которой находится слой ила (=взвешенный слой), в котором имеется биологически активный ил. Активная зона 5 может быть также выполнена в виде так называемого неподвижного слоя, который образован из насыпи фильтрующей среды с образовавшейся над ней биопленкой и размещенного между ними биологически активного ила.
В этой активной зоне 5 происходит основная часть биологической деятельности и тем самым основная очистка сточной воды. При протекании через активную зону 5 содержащиеся в сточной воде органические и биологически разлагаемые компоненты разлагаются. При этом выделяется называемый биогазом газ, который поднимается из активной зоны 5 вверх.
Выше активной зоны 5 находится зона 6 жидкости и газа, причем устанавливающийся при постоянной работе (непрерывной работе) уровень 7 жидкости отмечен пунктирной линией. Выше уровня 7 жидкости находится прошедший через жидкость биогаз.
Обычно относительно резкая граница 8 между активной зоной 5 и зоной 6 жидкости и газа может в процессе работы изменяться в зависимости от условий работы.
В зоне 6 жидкости и газа ниже уровня 7 жидкости находится очищенная вода, которая, однако, содержит, в частности, еще частицы ила. Из активной зоны 5 частицы ила захватываются, прежде всего, поднимающимся газом. Кроме таких частиц, которые могут оседать в спокойной среде, обычно содержится еще фракция плавающих веществ, например частиц плавающего ила или жировых частиц.
Из расположенной выше по отношению к зоне подвода сточной воды в основную камеру 1 зоны основной камеры 1, которая находится выше активной зоны 5, выходит поднимающий трубопровод 9, который входит в рециркуляционный резервуар (рециркуляционную емкость) 2. Этот поднимающий трубопровод 9 идет при этом, выходя из основной камеры 1, в рециркуляционный резервуар 2 по направлению вверх, т.е. входное отверстие 10 в поднимающий трубопровод 9 находится ниже, чем его выходное отверстие 11 в рециркуляционном резервуаре 2.
Входное отверстие 10 в поднимающий трубопровод 9 расположено предпочтительно ниже верхней ограничивающей стенки основной камеры на удалении от нее, которое составляет менее четверти высоты основной камеры. Удаление от верхней ограничивающей стенки менее чем 15% высоты основной камеры 1 является предпочтительным.
Входное отверстие 10 в поднимающий трубопровод 9 в показанном примере осуществления изобретения включает в себя несколько прорезей вблизи нижнего конца поднимающего трубопровода 9, которые представляют собой подобные окошкам отверстия в стенке поднимающего трубопровода 9. Имеется несколько расположенных по окружности отстоящих друг от друга прорезей. Кроме того, нижний конец поднимающего трубопровода 9 выполнен открытым. Допустимо и возможно закрытое исполнение нижнего конца.
Предпочтительно рециркуляционный резервуар 2 находится полностью выше основной камеры, как это изображено на фиг.2.
Через поднимающий трубопровод 9 газ и очищенная, содержащая частицы ила сточная вода попадают в рециркуляционный резервуар 2, который еще будет описан далее. В рециркуляционном резервуаре 2 происходит разделение содержащей частицы ила сточной воды и газа. Газ выходит через отверстие 13 для выхода газа, которое в изображенном варианте осуществления изобретения образовано открытым верхним концом рециркуляционного резервуара 2, и попадает из рециркуляционного резервуара 2 во вспомогательную камеру 3.
Очищенная, содержащая частицы ила сточная вода перетекает по идущему от рециркуляционного резервуара 2 сливному трубопроводу 12 во вспомогательную камеру 3. Сливной трубопровод 12 выходит при этом из рециркуляционного резервуара 2 предпочтительно из того места, которое находится ниже, чем выходное отверстие 11 поднимающего трубопровода 9. Выходное отверстие 14 сливного трубопровода 12 расположено предпочтительно ниже того места, от которого он отходит от рециркуляционного резервуара 2. В показанном примере осуществления изобретения это выходное отверстие 14 направлено вниз.
В нижней зоне вспомогательная камера 3 через клапан, образованный обратным клапаном 15 в перегородке 22 между вспомогательной камерой 3 и основной камерой 1, соединена с основной камерой 1. Предпочтительно это соединение находится выше дна вспомогательной камеры 3 и соответственно основной камеры 1 менее чем на 1 м.
Из верхней зоны вспомогательной камеры 3 отводится очищенная сточная вода, для этой цели в показанном примере имеется открытый вверх сточный желоб 23, от которого отходит сточный трубопровод 24 для очищенной сточной воды. Выходное отверстие 25 для очищенной сточной воды из вспомогательной камеры 3 образовано, таким образом, отверстием сточного желоба 23.
Устанавливающийся во время постоянной работы уровень 16 жидкости во вспомогательной камере 3 показан пунктирной линией. Уровень 17 жидкости в рециркуляционном резервуаре 2 по отношению к этому уровню может быть несколько выше (в результате гидродинамических эффектов).
Над уровнями 16, 17 жидкости находится образовавшийся биогаз, который поступает из рециркуляционного резервуара 2, а также в небольшом количестве может образовываться в самой вспомогательной камере 3. В том месте вспомогательной камеры 3, которое находится выше, чем выходное отверстие 25 для очищенной воды, находится выходное отверстие 29 для биогаза, обеспечивающее поступление газа в газоотводящий трубопровод 18. Образовавшийся биогаз предпочтительно находит применение. Допустимо и возможно сбрасывание его на факел.
Во вспомогательной камере 3 осаждаемые, биологически активные частицы ила могут оседать и через обратный клапан 15 снова попадать в основную камеру, так что биологически активный ил по возможности не теряется. Плавающие частицы, напротив, выносятся через сточный трубопровод 24, так что предотвращаются скопления плавающего ила.
Вспомогательная камера 3 включает в себя впускной участок 19, который простирается выше высоты основной камеры 1 и в который входит сливной трубопровод 12, и расположенный над ним участок 20 расширения, площадь горизонтального поперечного сечения которого значительно больше, предпочтительно более чем в три раза, площади горизонтального поперечного сечения впускного участка 19. Уже на впускном участке 19 начинается осадительная зона, предназначенная для оседания привнесенных с подведенной сточной водой частиц ила. Восходящий поток может, однако, в противовес этому, захватывать с собой более легкие оседающие частицы ила. На участке 20 расширения происходит дальнейшее успокоение, поэтому могут оседать и эти частицы ила. Оседающий на дне участка 20 расширения биологически активный ил описываемым далее способом обратной промывки возвращается назад. Для проведения такой обратной промывки из верха основной камеры 1 выходит соединительный трубопровод 26, в котором установлен открываемый и закрываемый запорный клапан и который входит в верхнюю зону вспомогательной камеры 3 (допустим и возможен также вход в газоотводящий канал 18, который выходит из верхней зоны вспомогательной камеры 3).
Предпочтительно имеется, кроме того, соединение между основной камерой 1 и вспомогательной камерой 3, которое соединяет основную камеру 1 и вспомогательную камеру 3 в зоне, которая находится выше половинной высоты основной камеры 1 и выше активной зоны 5, но ниже входного отверстия 10 в поднимающий трубопровод 9. Это соединение могло бы быть осуществлено с помощью трубопровода. В показанном примере осуществления изобретения оно осуществляется с помощью отверстия 28 в перегородке 22 между основной камерой 1 и вспомогательной камерой 3. Площадь проходного сечения этого отверстия 28 меньше площади проходного сечения открытого обратного клапана 15.
При вводе установки в действие некоторое время биогаз еще отсутствует, и уровень 7 жидкости в основной камере 1 находится у верхнего конца основной камеры 1. Запорный клапан 27 закрыт. Основная камера 1, тем самым, в зоне выше входного отверстия 10 в поднимающий трубопровод 9 герметично закрыта. В результате образования биогаза, который поднимается вверх, начинается понижение уровня 7 жидкости, причем сначала жидкость вытекает через отверстие 28 из основной камеры 1 во вспомогательную камеру 3. Как только уровень 7 жидкости достигнет входного отверстия в поднимающий трубопровод 9, газ устремляется в поднимающий трубопровод 9. Этот газ при этом находится под давлением, которое соответствует столбу жидкости, определяемому по разности высот между уровнем 16 жидкости во вспомогательной камере 3 и уровнем 7 жидкости в основной камере 1. Этот устремляющийся в поднимающий трубопровод 9 газ захватывает с собой жидкость и содержащиеся в ней частицы. Этот эффект подъема газа проявляется, таким образом, аналогично действию насоса, благодаря чему и жидкость, и содержащиеся в ней частицы закачиваются в рециркуляционный резервуар 2 (насосы, которые работают по этому принципу, известны, например, как «маммут-насосы» или «инжекторные насосы»).
В результате всасывающего действия протекающего по поднимающему трубопроводу 9 газа через рециркуляционный резервуар 2 во вспомогательную камеру 3 может подаваться больше жидкости, чем ее подается в виде сточной воды по подводящему трубопроводу 4 в основную камеру 1. Количество вытекающей через сточный трубопровод 24 при постоянной работе очищенной сточной воды соответствуют количеству подаваемой на очистку сточной воды. Излишняя жидкость вытекает, таким образом, через обратный клапан 15 и, в меньшей части, через отверстие 28 (поскольку его площадь проходного сечения меньше) обратно в основную камеру 1 и захватывает при этом осевшие во вспомогательной камере частицы ила, которые таким образом через обратный клапан 15 снова попадают в основную камеру 1.
Допустимо и возможно было бы также предусмотреть для соединения нижней зоны вспомогательной камеры 3 с основной камерой 1 трубопровод с установленным в нем насосом. При необходимости возвращения осевшего во вспомогательной камере 3 ила в основную камеру 1 этот насос приводится в действие.
Для проведения обратной промывки открывается запорный клапан 27. В результате этого уровень 16 жидкости во вспомогательной камере 3 понижается, а уровень 7 жидкости в основной камере повышается до тех пор, пока они не будут находиться на одинаковом уровне. При этом соответствующее количество жидкости перетекает через обратный клапан 15 из вспомогательной камеры 3 в основную камеру 1. Тем самым достигается перемешивание илового слоя в основной камере 1. Кроме того, осевший во вспомогательной камере 3 ил возвращается в основную камеру 1. На участке 20 расширения осевший ил смывается на впускной участок 19 вспомогательной камеры 3.
В показанном примере осуществления изобретения отверстие 28, соединяющее основную камеру 1 и вспомогательную камеру 3, могло бы и отсутствовать. Правда, тогда после смыва газ не перемещался через газоотводящий трубопровод 18. При наличии отверстия 28 перемещение газа происходит, следовательно, более равномерно.
Вместо рециркулирующего резервуара 2, выполненного открытым сверху, простирающимся вверх над выходным отверстием 25 для очищенной сточной воды, могло бы отверстие 13 для выхода газа рециркулирующего резервуара 2 вести также в трубопровод, по которому газ подводится непосредственно к газоотводящему трубопроводу 18.
Обратный клапан 15 вместо того, чтобы располагаться в перегородке 22, мог бы быть расположен в соединяющем нижнюю зону вспомогательной камеры 3 с нижней зоной основной камеры 1 соединительном трубопроводе. Вместо обратного клапана 15 в перегородке 22 или в соединительном трубопроводе между вспомогательной камерой 3 и основной камерой 1 мог бы быть предусмотрен и открывающийся и закрывающийся запорный клапан.
Предпочтительно могут быть предусмотрены несколько поднимающих трубопроводов 9, входящих в одну и ту же образующую рециркуляционный резервуар 2 емкость или в разные отдельные емкости, которые все вместе образуют рециркуляционный резервуар 2.
Предпочтительно также, чтобы вспомогательная камера 3 состояла из нескольких отдельных камер.
Хотя это и менее предпочтительно, принципиально было бы также допустимо и возможно, по меньшей мере, поднимающийся по поднимающему трубопроводу 9 газ подводить с помощью соответственно низко (для достижения эффекта насоса) относительно уровня жидкости установленных отделяющих щитков. В данном случае не требуется герметичное выполнение основной камеры 1 в зоне выше входного отверстия 10, по меньшей мере, в один поднимающий трубопровод 9.
Ссылочные позиции
1 - основная камера
2 - рециркуляционный резервуар
3 - вспомогательная камера
4 - подводящий трубопровод
5 - активная зона
6 - зона жидкости и газа
7 - уровень жидкости
8 - граница
9 - поднимающий трубопровод
10 - входное отверстие
11 - выходное отверстие
12 - сливной трубопровод
13 - отверстие для выхода газа
14 - выходное отверстие
15 - обратный клапан
16 - уровень жидкости
17 - уровень жидкости
18 - газоотводящий трубопровод
19 - впускной участок
20 - участок расширения
21 - выход
22 - перегородка
23 - сточный желоб
24 - сточный трубопровод
25 - выходное отверстие
27 - запорный клапан
28 - отверстие
29 - выходное отверстие