СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
SEWAGE TREATMENT STATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к очистке сточных вод.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Современные решения большинства станций очистки сточных вод содержат множество отдельных строительных и технологических объектов и узлов, взаимно соединенных при помощи трубопроводов, насосной техники и трубопроводной арматуры. Недостатками таких решений является использование крупных земельных участков и периодическое проведение строительных работ (например, земляные работы, армирование, установка опалубки, бетонирование и т.д.) Все эти факторы приводят к повышению инвестиционных расходов и увеличению сроков строительства. С технологической точки зрения, часто встречающимся недостатком таких станций очистки является недостаточная или частичная биологическая очистка, что влечет за собой повышенное энергопотребление, вызванное многократным перекачиванием, перемешиванием и вызванное более сложным технологическим процессом. В результате такого процесса очистки стоков появляются неприятные запахи; в сооружениях и технологических узлах станции появляются нежелательные насекомые, личинки; при эксплуатации станция очистки имеет повышенный уровень шума.
Практически каждый из известных процессов очистки обладает принципиальными недостатками. Например, так называемый "SBR" процесс на первый взгляд интегрирует несколькими процессами в одном резервуаре станции очистки сточных вод, но тем не менее сталкивается с проблемами, связанными с изменчивостью уровня поверхности, вымыванием ила, а также потерями энергии при низком уровне воды и сопровождающей аэрации. Другие известные процессы зачастую реализованы на строительных участках большой площади с множеством коммуникаций, что приводит, кроме всего прочего, к усложнению обслуживания при эксплуатации оборудования и управлении технологическими процессами, включая отборы проб.
В качестве ближайшего аналога изобретения выбрана станция очистки сточных вод, раскрытая в патентном документе RU №2338697 С2, 20.11.2008
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью предлагаемого изобретения является создание интегрированного строительно-технологического оборудования станции очистки сточных вод, устраняющего целый ряд вышеприведенных недостатков.
Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении арсенала технических средств для очистки сточных вод с возможностью создания компактного узла, расположенного в одном резервуаре.
Предметом данного изобретения является компоновка станции очистки сточных вод, содержащая вертикальный цилиндрический двухкорпусный аэротенк (активационный резервуар). Суть изобретения состоит в том, что в центральной части этого резервуара расположены две взаимно параллельные разделительные стенки, ограничивающие находящуюся между ними центральную часть станции очистки сточных вод для аэробной стабилизации активного ила и одновременно отделяющие по отношению к внутреннему корпусу два симметрично расположенных функциональных пространства - для сточной воды и очистительных культур, в каждом из которых отдельно установлены вторичные отстойники, сужающиеся по направлению вниз. Внутри каждого отстойника вдоль оси размещен полый цилиндр, соединенный как с внутренним пространством активационного резервуара (при помощи поперечного подводящего трубопровода), так и с внутренним пространством вторичного отстойника, к которому с внешней стороны примыкает аэротенк. По поверхности дна активационного резервуара (аэротенка) проложен перфорированный трубопровод сжатого воздуха. В центральной перегородке аэротэнка расположены донные затворы упрощающие эксплуатацию станции и оптимизирующие очистку стоков Центральная часть станции очистки сточных вод вертикально разделена на несколько взаимно соединенных сквозными отверстиями камер. Эти камеры образуют селектор, соединенный своим входом с выходом сепаратора крупных нечистот или выходом барабанного сепаратора, находящегося вне резервуара станции очистки сточных вод. В перегородках селектора установлены поверхностные и донные затворы позволяющие производить запуск и бесперебойную работу станции при 10% поступающих на очистку стоков от номинальной мощности станции. Своим выходом селектор соединен с денитрификационным пространством в резервуаре (денитрификатор), расположенным между обоими корпусами активационного резервуара. В денитрификаторе расположены мешалки, выполненные с возможностью обеспечения движения смеси сточной воды и ила по всему объему денитрификатора. Это денитрификационное пространство при помощи сквозных отверстий соединено с частью пространства активационного резервуара в области аэротенков, в которую выведено соединение со вторичным отстойником при помощи поперечного подводящего трубопровода. При этом нижнее пространство вторичного отстойника соединено с центральной частью станции очистки сточных вод. Стены резервуара станции очистки сточных вод изготовлены из материала, выбранного из группы, включающих бетон, нержавеющую сталь и пластмассу.
Преимуществом предлагаемого изобретения является то, что вся система станции очистки сточных вод представляет собой компактный узел, расположенный в одном резервуаре (одном строительном объекте), что исключает необходимость многократной закладки строительных объектов. Данное решение рационально использует пространство при повышенной эффективности очистки и сниженном энергопотреблении процесса очистки сточных вод.
Вторичные отстойники имеют конусовидную форму с наклоном стенок около 60°, что является более выгодным для процесса очистки. Вариантом исполнения вторичных отстойников могут быть отстойные баки, имеющие плоское дно, на котором установлены корпусы со скошенными стенками, имеющие форму пирамиды, конуса, усеченной пирамиды или усеченного конуса, с наклоном стенок под углом около 60°. Форма косых наклонных поверхностей (под углом приблизительно 60°) отстойных баков применяется для создания более оптимального скоростного течения активационной смеси (воды и активного ила), возникающего при столкновении микроскопических пузырьков, выделяющихся со дна через диффузоры, с внешними наклонными стенками отстойных баков. Таким образом, обеспечивается тщательное перемешивание активационной смеси и образуется гомогенная смесь ила и воды.
Нижнее пространство вторичных отстойников может быть соединено через регенератор активного ила в центральной части станции очистки сточных вод с одной из камер трехступенчатого селектора. Таким образом, в селектор можно подавать рециркулированный активный ил со дна вторичного отстойника. Станция очистки сточных вод содержит четное количество вторичных отстойников (что является более выгодным), как минимум два, чаще всего четыре, но может быть и восемь. Каждый отстойный бак в верхней части снабжен сточным желобом осветленной воды, который может быть соединен с отсеком конечной очистки воды.
Нижнее пространство отстойных баков может быть также соединено с денитрификатором. Вытяжка активного ила, избавленного от растворенного кислорода, со дна вторичных отстойников в денитрификатор, происходящая в результате работы мешалок денитрификаторе, повышает эффективность денитрификации.
Стенки станции очистки сточных вод могут быть изготовлены из бетона или металла, или пластмассы. Донные затворы могут быть расположены у дна глухой разделительной стенки.
У дна денитрификатора может быть расположен трубопровод дополнительной окислительной системы. Дело в том, что при более низких температурах окружающей среды процесс денитрификации может быть подавлен. Для этого денитрификатор станции очистки сточных вод оснащается дополнительной окислительной системой, обеспечивающей процесс обычной биологической очистки воды в этом пространстве.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На прилагаемых чертежах изображен пример устройства станции очистки сточных вод на основании данного изобретения.
На фиг. 1 схематически изображен вид сверху на компоновку станции очистки сточных вод.
На фиг. 2 изображено вертикальное сечения данной станции 1-1.
На фиг. 3 изображено вертикальное сечение данной станции 2-2.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В дальнейшем для обозначения различных компонентов заявленной станции используются следующие ссылочные обозначения:
1 - вход сточных вод на очистку;
2 - трехступенчатый селектор;
3 - денитрификатор;
4 - аэротенк;
5 - вторичный отстойник;
6 - регенератор активного ила;
7 - аэробный стабилизатор активнго ила;
8 - отсек насосов циркуляционного активного ила;
9 - отсек фильтров доочистки (конечной очистки воды);
10 - перемешивающее устройство (мешалка);
11 - аэраторы (микропузырьковые диффузоры);
12 - выход сточных вод;
13 - поперечный соединительный (подводящий) трубопровод;
14 - центральная распределительная труба;
15 - трубопровод системы циркуляционного активного ила;
16 - система сбора осветленной сточной воды;
17 - внешний корпус (наружная стенка цилиндрического резервуара);
18 - внутренний корпус (внутренняя стенка цилиндрического резервуара);
19 - стенки центрального технологического отсека;
20 - глухая разделительная стенка аэротенка;
21 - затвор поверхностный (переливной);
22 - затвор донный (затопленный);
Станция очистки сточных вод содержит вертикальный цилиндрический активационный двухкорпусный резервуар из бетона, пластмассы или металла, который содержит внешний корпус (17) и концентрически расположенный по отношению к резервуару внутренний корпус (18) меньшего диаметра. Диаметр внешнего корпуса (17) резервуара может находиться в широком интервале от двух до нескольких десятков метров. Ширина пространства между внутренним корпусом (18) и внешним корпусом (17) находится в интервале от одного до приблизительно пяти метров в зависимости от применения в конкретных условиях. Высота обеих стенок корпусов (17, 18) резервуара является приблизительно одинаковой и может быть от двух до десяти метров. Их толщина зависит от выбранного материала конструкций и находится в интервале от нескольких миллиметров (в случае стали) или сантиметров (в случае конструкционной пластмассы - например, у пропилена от шести до двенадцати сантиметров) до нескольких десятков сантиметров (в случае бетона - до пятидесяти сантиметров). Во внутреннем резервуаре (активационном), ограниченным внутренним корпусом (18) и дном, встроены отдельные технологические компоненты системы, включающей вторичные отстойники (5), стабилизационный резервуар (аэробный стабилизатор активного ила (7), регенерационный резервуар (6) и другие компоненты, которые будут более подробно описаны в последующей части текста.
Во внутреннем резервуаре в его центральной части встроены две взаимно параллельные вертикальные разделительные стенки (19) с высотой, соответствующей высоте внутреннего корпуса (18), которые ограничивают между собой центральную часть станции очистки сточных вод для аэробной стабилизации активного ила. Одновременно эти стенки делят внутреннее пространство станции очистки сточных вод на две симметричные половины таким образом, чтобы воспрепятствовать свободному протеканию сточной воды и очистительной культуры между обеими половинами внутреннего концентрического резервуара. Вторичные отстойники (5), количество которых является четным (чаще всего два, четыре, но может быть и восемь), могут быть симметрично вставлены в пространство, внутреннего концентрического резервуара. Баки отстойников могут опираться на вертикальные разделительные стенки (19), а также могут быть с ними соединены. Нижняя часть каждого вторичного отстойника (5) имеет коническую форму с наклоном стенок приблизительно под углом 60° и сечением, сужающимся по направлению вниз. Отстойный бак может иметь форму пирамиды или конуса. Дно вторичного отстойника (5) может быть открытым или закрытым. Как вариант, вторичные отстойники (5) могут иметь плоское дно с установленными на нем корпусами из пластмассы или металла в форме пирамиды, конуса, усеченной пирамиды или усеченного конуса с наклоном стенок приблизительно под углом 60°, которые обеспечивают оседание частиц активного ила. В центральной части каждого сегмента вторичного отстойника (5) может быть расположена центральная распределительная труба (14) в виде вертикального пластмассового полого цилиндра, дно которого является открытым, то есть цилиндр сообщается с внутренним пространством вторичного отстойника (5). В этот цилиндр выведен сквозной (поперечный) подводящий трубопровод (13), противоположный конец которого выведен во внутреннее пространство активационного резервуара между внутренней поверхностью внутреннего корпуса (18) внутреннего концентрического резервуара и внешними стенками вторичного отстойника (5). На дне внутреннего концентрического резервуара (активационного резервуара) расположены аэрационные элементы, образованные, например, силиконовыми перфорированными шлангами, в которые при помощи трубопровода сжатого воздуха нагнетается сжатый воздух из низконапорных компрессоров (воздуходувок).
Рядом со вторичными отстойниками (5) в пространстве активационного резервуара на несущей конструкции встроены аэротенки (4), под которые выведен перфорированный трубопровод сжатого воздуха. Из него периодически, через заранее установленные интервалы подается сжатый воздух под корпусы аэротенков (4), в которых срываются наносы ила с пластмассовой поверхности биофильтров. Таким образом, поддерживается оптимальная концентрация биологической культуры на поверхности биофильтров и одновременно во всем активационном резервуаре.
В качестве носителей биомассы применяются БиоЧипсы Мутаг (Mutag BioChip™)
Центральная часть станции очистки сточных вод в пространстве между двумя параллельными разделительными стенками (19) активационного резервуара разделена вертикальными перегородками, расположенными от дна по всей высоте разделительных стенок (19), на несколько камер, которые могут быть снабжены взаимными проходами, позволяющими воде циркулировать между ними. Дно центральной части станции снабжено трубопроводом сжатого воздуха, в который выведены аэрационные элементы, образованные, например, силиконовыми тонко перфорированными шлангами, надетыми на пластмассовые (полипропиленовые, поливинилхлоридные и т.п.) трубы с большими сквозными отверстиями в корпусе, привинченные к трубопроводу сжатого воздуха. Другие технологические компоненты станции очистки сточных вод приведены в описании функций станции очистки сточных вод.
Загрязненная сточная вода протекает через сепаратор крупных нечистот, содержащий, например, механическую забральную стенку (решетку), где от сточной воды отделяются твердые механические частицы.
В случае остановки сепаратора крупных нечистот, например, при поломке или техобслуживании, сточная вода подается на барабанный сепаратор нечистот, который служит в качестве резервного обтекающего устройства для сепарации твердых составляющих. Из сепаратора крупных нечистот сточная вода протекает через трехступенчатый селектор (2), который соединен своим входом с выходом сепаратора крупных нечистот или выходом барабанного сепаратора, находящегося вне активационного резервуара станции очистки сточных вод. Селектор (2) образован как минимум двумя (более выгодным считается три и более) расположенными друг возле друга камерами с вертикальными перегородками, взаимно соединенными отверстиями в своих вертикальных стенках, которые расположены в центральной части станции очистки сточных вод между параллельными разделительными стенками (19) активационного резервуара. В перегородках селектора установлены поверхностные и донные затворы позволяющие производить запуск и бесперебойную работу станции при 10% поступающих на очистку стоков У дна этих камер находится трубопровод сжатого воздуха с аэраторами (11). Одновременно в одну из этих камер подается рециркулированный активный ил со дна вторичных отстойников (5), а именно через соединенный с ней регенертор активного ила (6), расположенный в пространстве центральной части станции и примыкающий к селектору (2). Дно регенератора активного или (6) также снабжено трубопроводом сжатого воздуха с аэраторами (11). Своим выходом трехступенчатый селектор селектор (2) соединен с круглым денитрификационным пространством (денитрификатором) (3) между внутренним корпусом (18) и внешним корпусом (17) резервуара. В денитрификаторе (3), в котором недостаточно свободного растворенного кислорода, микроорганизмы ила начинают отбирать химически связанный кислород, например, в азотнокислых солях в воде, благодаря чему содержание солей в воде снижается. Этот процесс происходит при температурах свыше приблизительно 6°С. В случае более низких температур окружающей среды процесс денитрификации значительно подавлен и поэтому денитрификатор (3) очистительной станции предпочтительно снабжать дополнительной окислительной системой, которая обеспечивает процесс конвенциональной биологической очистки воды в данном пространстве (у дна денитрификатора (3) находится перфорированный трубопровод дополнительной окислительной системы).
Далее в денитрификаторе (3) очистительной станции встроены мешалки (10), которые обеспечивают движение смеси воды и ила по всему объему денитрификатора (3), чтобы воспрепятствовать оседанию ила. Геометрия денитрификатора (3) в форме цилиндрического кругового кольца является более оптимальной по сравнению с обычными резервуарами иного сечения, так как отличается более низким гидравлическим сопротивлением течения смеси воды и ила, благодаря чему обеспечивается тщательное перемешивание воды и ила на фоне снижения потребления энергии, необходимой для перемешивания условного объема резервуара, и возможное уменьшение количества мешалок (10).
Денитрификатор (3) через сквозные отверстия соединен с аэротенком (4). Смесь воды и ила здесь протекает в вертикальном направлении через корпусы биологических фильтров, у дна активационного резервуара окисляется и тщательно перемешивается пузырьками напорного воздуха. Форма косых наклонных поверхностей (под углом приблизительно 60°) вторичных отстойников (5) применяется для создания скоростного течения активационной смеси (воды и активного ила), возникающего при столкновении микроскопических пузырьков, выделяющихся со дна через аэраторы (11), с внешними наклонными стенками вторичных отстойников (5). Таким образом обеспечивается тщательное перемешивание активационной смеси и образуется гомогенная смесь ила и воды. Эта гомогенная смесь, являющаяся необходимым условием для оптимального прохождения биологических процессов очистки сточных вод, впоследствии проходит через подводящий трубопровод (13) в центральной распределительной трубе (14), расположенный вдоль оси вторичного отстойника (5), откуда вытекает по направлению вниз ко дну отстойного пространства. Здесь происходит сепарация очищенной воды от более тяжелых частиц, образующих активный ил. Затем осветленная вода протекает через зубчатую кромку сточного желоба, которым снабжены в своей верхней части вторичные отстойники (5), в сборный канал, причем по всей длине желоба обеспечивается равномерный сток воды, и далее в отсек (9) конечной очистки воды, который может являться составной частью технологического оборудования станции. Отсек (9) конечной очистки воды может содержать барабанные микросита, микрофильтры, песчаные фильтры, или их комбинацию. Излишний ил со дна вторичного отстойника (5) откачивается в центральную часть станции очистки сточных вод для аэробной стабилизации активного ила, которая оснащена окислительными аэраторами (11), теряет неприятный запах и уменьшает свой объем путем автолиза. При остановке процесса окисления стабилизированный ил осаждается и откачивается со дна при помощи грязечерпалок на центрифугу, где ил сгущается и илистая вода возвращается к начальной стадии очистительного процесса через механический сепаратор крупных нечистот в селектор (2). Сухая часть ила собирается в контейнеры и вывозится.
Суть предлагаемого изобретения состоит в компоновке станции очистки сточных вод, а именно в геометрии ее денитрификатора (3) и вторичных отстойников (5). Преимуществом очистительного процесса является вытяжка активного ила, избавленного от растворенного кислорода, со дна вторичных отстойников (5) в денитрификатор (3). Это отсасывание ила из среды с минимальным содержанием кислорода (дна вторичных отстойников (5)) происходит благодаря действию мешалки (10) в денитрификаторе (3). Таким образом повышается эффективность денитрификации.
В одном активационном резервуаре присутствует комбинация двух биокультур с различной физиологической активностью. При их быстром росте биокультуры метаболизируют загрязнения в воде, из воды удаляются органические загрязнения. Одна такая биокультура фиксируется на стенках пластмассового носителя биологических фильтров, другая диспергируется в виде хлопьев в активной смеси ила и воды. Благодаря комбинации этих биокультур происходит ускорение процесса очистки и увеличение концентрации ила в системе.
Промышленная эксплуатационная ценность изобретения: предлагаемое изобретение предназначено для очистки сточных вод.
Основные преимущества технологии:
1. Минимализация занимаемой сооружением площади в связи с компактностью размещения технологического оборудования, систем и всех технологических процессов очистки в одном сооружении.
2. Площадь санитарно-защитной зоны ограничивается границами участка застройки.
3. Компоновка станции «все в одном» - т.е. все технологические процессы, технологическое оборудование и технологическая инфраструктура расположены внутри станции, что уменьшает стоимость земляных, строительно-монтажных, отделочных работ, а так же работ по совместной прокладке и соединению технологических систем.
4. Нулевой выброс загрязняющих и дурнопахнущих веществ в виду закрытой компоновки сооружения.
5. Низкое энергопотребление сооружения относительно классической компоновки очистных станций при их равнозначной мощности.
6. Стабильность работы при резких перепадах объемов стоков и их биологического состава.
7. Возможность запуска и стабильной работы станции при 10% от номинальной мощности сооружения.
8. Полная автоматизация процесса очистки с возможностью управлением через GSM или интернет соединение.
9. Постоянный мониторинг качества очищенных стоков с отправкой результатов через GSM или интернет соединение.
10. Возможность повторного использования стоков
11. Возможность совместной очистки хозяйственно - бытовых и ливневых стоков на одном сооружении.