СПОСОБ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И КОМПАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF INDIVIDUAL TREATMENT OF EFFLUENTS AND COMPACT DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к компактным индивидуальным биологическим системам очистки хозяйственно-бытовых сточных вод активным илом во взвешенном состоянии и может быть использовано в отдельно стоящих зданиях, например, коттеджах, приусадебных домах, школах, клубах и т.д., а также в небольших поселках.
Известны способ двухфазной очистки сточных вод, включающий подачу сточных вод в уравнивающий резервуар с активным илом, перекачку сырой воды из трубчатого фильтра уравнивающего резервуара и последующее поступление ее в активационный резервуар, из него в отстойник, а из отстойника в камеру с пористым фильтром, перекачку ила в камеру стабилизации ила и подачу воздуха в резервуары и камеры, остановку работы устройства и отвод полностью очищенной воды, причем в первую фазу осуществляют импульсное аэрирование путем нагнетания воздуха во внутрь трубчатого фильтра и вокруг него, первой и третьей камер с циклической интенсивной аэрацией и активационного резервуара, перемешивание крупнопузырчатым аэратором ила в камере стабилизации ила, а во вторую фазу осуществляют перекачку сырой воды из трубчатого фильтра уравнивающего резервуара в первую камеру с циклической интенсивной аэрацией, совместно с работой эрлифта-рециркулятора по перекачке воды с илом из активационного резервуара в камеру стабилизации ила, импульсные аэрации уравнивающего резервуара, второй камеры с циклической интенсивной аэрацией, перетекание воды со взвешенным илом из камеры стабилизации ила в уравнивающий резервуар, аэрацию камеры с пористым фильтром, включают работу крупнопузырчатого аэратора отстойника, откачку загрязненной воды и пены из камеры с пористым фильтром в уравнивающий резервуар, при этом производительность по перекачке воды с илом из активационного резервуара посредством эрлифта-рециркулятора устанавливают больше, чем производительность по перекачке сырой воды из уравнивающего резервуара, а откачку воды из активационного резервуара производят до уровня, обуславливающего работу эрлифта-регулятора, и устройство для его осуществления (см. патент на изобретение RU №2279407, С02F 3/02, оп. в 2006 г.). Известная установка имеет достаточно сложную конструкцию и наличие перепадов высоты сточных вод в сопрягаемых резервуарах, что приводит к необходимости использования нескольких насосных систем для перекачки жидкостей. Это усложняет систему и увеличивает трудоемкость обслуживания установки.
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, оп. в 2009 г.). Это компактное устройство и способ очистки сточных вод предназначены для коттеджей и транспортных средств и предусматривают максимальное использование сообщающихся резервуаров с самотечным переливов жидкостей, но имеет сложную схему взаимодействия сообщающихся резервуаров, не всегда справляющуюся с большими порциями сточных вод.
Известны способ очистки сточных вод с интенсификацией их насыщения и устройство для очистки сточных вод, содержащее емкость с вертикальной трубой, имеющей внутреннюю биологическую загрузку и мелкопузырчатый аэратор, двумя парами расположенных тангенциально эрлифтов и верхним патрубком для подачи сточных вод в вертикальную трубу, отстойник, снабженный аэратором, рециркуляционным насосом ила и выпускным клапаном для выхода очищенной воды, камеру с пористым фильтром, систему трубопроводов и насосов, обеспечивающих принудительную перекачку воды, и блок управления (см. патент на изобретение RU №2359922, С02F 3/02, оп. в 2008 г.). Это техническое решение более компактно, чем предыдущие, но сложная система обработки сточных вод в емкости с вертикальной трубой требует достаточно равномерного поступления сточных вод, что на практике редко достижимо.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению являются способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления (см. патент на изобретение RU №2305662, С02F 3/12, оп. в 2007 г.). Известный способ очистки сточных вод характеризуется двухфазной работой устройства с поочередной аэрацией в разных резервуарах: в первой фазе подают воздух в мелкопузырчатый аэратор аэротенка, аэраторы-мешалки камеры стабилизации ила, крупнопузырчатый аэратор внешнего обдува трубчатого колодца, а во второй фазе прекращают аэрацию в аэротенке, отключают аэраторы-мешалки камеры стабилизации ила, крупнопузырчатый аэратор внешнего обдува трубчатого колодца, включают аэраторы-мешалки в уравнивающем резервуаре, мелкопузырчатый аэратор в активационном резервуаре, подают воздух в рециркуляционный и в циркуляционный насосы вторичного отстойника, в аэратор-разбиватель биопленки и в насос-удалитель биопленки, производят откачку рециркуляционным насосом взвеси частично очищенной воды с излишком ила из придонной части аэротенка в успокоитель камеры стабилизации ила, способствуя перетеканию вытесненной воды с частью поступившей взвеси самотеком сначала в уравнивающий резервуар, а затем в активационный резервуар, а при подаче большого объема поступающих сточных вод уровень в уравнивающем резервуаре повышается, срабатывает аварийный датчик, устройство принудительно переводят в первую фазу работы. Известное устройство более универсально, чем предыдущие технические решения, но имеет достаточно сложную дорогостоящую конструкцию, не оправдывающую затрат на изготовление и использование в условиях ограничения количества сточных вод и места расположения очистного сооружения.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи уменьшения энергозатрат на обработку сточных вод, упрощения конструкции очистного сооружения и повышения его надежности при увеличении эффективности очистки сточных вод за счет интенсификации методов воздействия на сточные воды, использования однорезервуарной компактной емкости с сообщающимися смежными камерами и самотечным придонным движением сточных вод между ними, повышения качества очистки в разных режимах работы.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе индивидуальной очистки сточных вод, включающем подачу и обработку сточной воды в аэробной зоне приемного аэротенка с системой аэрации и активным илом, дальнейшую биологическую обработку сточных вод проводят в аноксидной зоне (с дефицитом кислорода, но с живой аэробной биомассой) активационного резервуара и дополнительную обработку в отстойнике с отделением активного ила и выведением очищенной воды, при этом создают большой круг вращения сточных вод из отстойника через активационный резервуар в приемный аэротенк и обратно в отстойник посредством всасывания в горизонтальную трубу за счет работы эрлифта U-образного удалителя биопленки, связанного с вертикальным трубчатым циркуляционным каналом отстойника, причем при подаче максимальной порции сточных вод меняют направление циркуляции воды по горизонтальной циркуляционной трубе с уменьшением ее скорости, и начинают вращение воды по малому кольцу внутри отстойника путем сбора биопленки с поверхности воды в отстойнике, при этом движение сточных вод по большому кругу инициирует тот же самый эрлифт удалителя биопленки, причем в расположенной под аэробной зоной аноксидной (с дефицитом кислорода, но живой аэробной биомассой) зоне активационного резервуара производят денитрификацию образовавшихся вверху нитратов и нитритов до молекулярного азота и разложение трудноокислимых загрязнений сточных вод в высококонцентрированном осадке живого аэробного активного ила, а осадок активного ила перемешивают путем придонной аэрации крупнопузырчатым аэратором, затем производят отстаивание в отстойнике и выведение очищенной воды по мере подъема уровня воды в отстойнике методом турбослива с аэрированным снизу входным концом U-образной трубы, имеющим калиброванное сечение отверстия входа. В приемном аэротенке создают условия для вращения сточных вод под действием аэрации для активизации процессов разложения и окисления загрязнений сточных вод, а также разбивания биофрагментов и биопленки.
А также тем, что в компактном устройстве для индивидуальной очистки сточных вод, содержащем расположенные в общем корпусе с пароизолирующей крышкой и сообщающиеся между собой приемный аэротенк с системой аэрации, связанный с активационным резервуаром не менее чем одним отверстием в промежуточном днище и через активационный резервуар путем придонного перетока с отстойником, снабженным системой выведения очищенной воды, и расположенный в изолированном кожухе компрессор, отстойник снабжен вертикальным трубчатым циркуляционным каналом с верхним концом, расположенным под пароизоляционной крышкой выше уровня сточных вод, и нижним концом, расположенным в нижней зоне отстойника, причем отстойник снабжен устройством для сбора и удаления биопленки с поверхности воды, выполненным в виде U-образной трубы с конусообразной загрузочной горловиной и выходным концом, связанным с вертикальным каналом в его средней зоне и расположенным ниже нижнего уровня сточных вод, а приемный резервуар дополнительно связан с отстойником посредством горизонтальной трубы, входящей одним концом в выходное колено U-образной трубы в его верхней зоне, причем выходное колено U-образной трубы снабжено дополнительным инжектором воздуха в его нижней зоне, превращая его в эрлифт. Система сбора и выведения очищенной воды выполнена в виде U-образной трубы турбослива, связанной длинным концом с выходным патрубком устройства, при этом укороченный входной конец U-образной трубы турбослива снабжен дозатором поступления воды и расположенным в нижней зоне инжектором воздуха, причем дозатор выполнен в виде пробки с отверстием посередине, соизмеримым с размерами пузырька от инжектора воздуха. Система аэрации приемного аэротенка снабжена расположенным по внутренней стенке возле промежуточного днища линейным аэратором с аэрационным потоком, направленным вверх вдоль перегородки с вторичным отстойником. Возможна установка дополнительного аэратора на противоположной стенке для повышения окислительной способности.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображено компактное устройство для индивидуальной очистки сточных вод при максимальном уровне сточных вод. На фиг.2 - то же, при минимальном уровне сточных вод в устройстве. На фиг.3 - то же, с промежуточным уровнем сточных вод.
Компактное устройство для индивидуальной очистки сточных вод включает корпус 1 с пароизоляционной крышкой 2. В корпусе 1 имеются приемный аэротенк 3, связанный с расположенным под ним активационным резервуаром 4 посредством или большого отверстия 5, или нескольких небольших отверстий в промежуточном днище 6, и отстойник 7, расположенный за перегородкой 8 со скошенной боковиной 9 и связанный с активационным резервуаром 4 в придонной зоне. В верхней зоне приемного аэротенка 3 находится входной патрубок 10 сточных вод. Под крышкой 2 в пароизолированном кожухе 11 установлен компрессор 12 с пневмораспределителем 13. Изолированный от сточных вод кожух 11 имеет отверстие 14 в крышке 2, связанное с боковыми отверстиями 15 защитного тента 16, выполненного в виде гриба над крышкой 2 с отверстием 14. Приемный аэротенк 3 оснащен линейным аэратором 17. Аэратор 17 установлен в нижнем углу над промежуточным днищем 6 таким образом, чтобы его воздушный поток был направлен вверх вдоль перегородки 8. Аэратор 17 связан воздухопроводом 18 с компрессором 12. Активационный резервуар 4 оснащен придонным крупнопузырчатым аэратором 19, расположенным в его средней зоне таким образом, чтобы его пузыри улавливались большим отверстием 5 в днище 6. Приемный аэротенк 3 может быть снабжен дополнительным аэратором, установленным около противоположной стенки.
Отстойник 7 снабжен вертикальным трубчатым циркуляционным каналом 20, верхний конец которого расположен под крышкой 2 выше уровня сточных вод, а нижний конец находится в нижней зоне отстойника 7. Отстойник 7 оснащен устройством для сбора и удаления биопленки с поверхности воды, выполненным в виде U-образной трубы 23 с конусообразной загрузочной горловиной 22. Выходной конец U-образной трубы 23 связан посредством патрубка 24 с каналом 20 в его средней зоне. Патрубок 24 расположен ниже нижнего уровня сточных вод. U-образная труба 23 связана с приемным аэротенком 3 посредством горизонтальной циркуляционной трубы 25. Тот конец горизонтальной циркуляционной трубы 25, который находится в аэротенке 3, имеет изогнутое вверх колено с патрубком 26. А с U-образной трубой 23 горизонтальная труба 25 связана посредством патрубка 27, установленного ниже уровня расположения патрубка 24 канала 20. U-образная труба 23 снабжена инжектором воздуха 28, выходной конец которого расположен в нижней части U-образной трубы 23 на сгибе выходного колена U-образной трубы 23, превращая его в эрлифт. В отстойнике 7 находится U-образная труба 29 турбослива, связанная длинным коленом с выходным патрубком 30. Укороченное входное колено 31 U-образной трубы 29 турбослива всегда находится под водой и снабжено инжектором воздуха 32 в нижней части и дозатором 33 поступления воды в трубу 29 в ее верхней части. Дозатор 33 выполнен в виде пробки с отверстием посередине, соизмеримым с размерами пузырька воздуха инжектора 32. Инжекторы 28 и 32 связаны с пневмораспределителем 13 компрессора 12. Поперечное сечение вертикального трубчатого канала 20 обычно превышает сечение труб 23, 25 и 29. Оптимальным является соотношение диаметра канала 20 к диаметру труб 23, 25 и 29, как 2:1.
Способ индивидуальной очистки сточных вод заключается в следующем. Порция сточных вод, попадающая в аэробную зону приемного аэротенка 3, смешивается с массой воды и активного ила, который находится во взвешенном состоянии. Благодаря боковому расположению линейного аэратора 17 сточные воды в аэротенке 3 все время находятся во вращательном движении, поднимаясь вверх вместе с пузырьками воздуха вдоль перегородки 8 и опускаясь вниз вдоль противоположной стенки аэротенка 3. Это способствует активному перемешиванию сточных вод, активного ила и воздушных потоков, разбиванию биофрагментов и биопленки, разложению и окислению органических веществ. Частицы, имеющие больший удельный вес, чем вся остальная масса сточных вод, выпадают в осадок через большое отверстие 5 (либо через несколько отверстий) днища 6 в аноксидную зону (с дефицитом кислорода, но живым аэробным илом) активационного резервуара 4. Большое количество активного ила, попадающего вместе с осадком на дно резервуара 4, в условиях аноксидной зоны теряет растворенный кислород и активизирует денитрификацию, разложение трудноокислимых соединений и другие биохимические реакции с изъятием кислорода из окислов для окисления продуктов разложения загрязнений. В нижней зоне осадка в дополнение также идут процессы самоокисления (избирательного лизиса) активного ила, что способствует уменьшению его прироста и улучшению видового состава (выживает сильнейший). Прошедший эти стадии активный ил подхватывают пузырьки воздуха крупнопузырчатого аэратора 19, поднимают его вверх в зону аэрации, обеспечивая рециркуляцию.
Способ индивидуальной очистки сточных вод характеризуется наличием большого круга движения сточных вод, направление которого и интенсивность меняются в зависимости от количества сточных вод в устройстве. На фиг.2 показано сечение компактного устройства для индивидуальной очистки сточных вод при его минимальном уровне. Этот уровень поддерживают в установке для того, чтобы активный ил находился в рабочем состоянии до поступления порции сточных вод. Из приемного аэротенка 3 сточные воды поступают в патрубок 26 горизонтальной трубы 25, а затем подхватываются пузырьками аэратора 28 в выходной зоне U-образной трубы 23 и попадают в вертикальный трубчатый циркуляционный канал 20. Пузырьки воздуха устремляются по каналу 20 вверх на выход из установки по трубе входной канализации, а сточные воды перетекают вниз к придонному отверстию 21 между отстойником 7 и активационным резервуаром 4. Большая часть сточных вод из этой зоны устремляется вверх из активационного резервуара 4 в приемный аэротенк 3 за счет естественного подсоса воздушными потоками, создаваемыми крупнопузырчатым аэратором 19 в активационном резервуаре 4 и аэратором 17 в приемном аэротенке 3. Таким образом осуществляют большой круг движения сточных вод по часовой стрелке. При минимальном уровне сточных вод не работает устройство для сбора и удаления биопленки с поверхности воды, а через дозатор 33 укороченного входного колена 31 U-образной трубы 29 турбослива наверх выходят пузырьки воздуха от инжектора 32 воздуха и разбивают биопленку и органические частички. Причем в это время давление жидкости, находящейся над дозатором 33, недостаточно для прохождения воды в дозатор 33. Этим обеспечивается сохранение стабильного нижнего уровня сточных вод в устройстве до поступления новой порции сточных вод.
При поступлении в устройство для очистки сточных вод новой порции жидкости общий уровень в сообщающихся резервуарах: приемном аэротенке 3 и отстойнике 7 начинает подниматься. На фиг.3 изображено устройство для очистки сточных вод с промежуточным уровнем жидкости. Пока уровень сточных вод не достигнет своего максимального значения, по-прежнему не будет работать устройство для сбора и удаления биопленки с поверхности воды отстойника 7, но образующегося в отстойнике 7 давления жидкости достаточно, чтобы заработал турбослив. Часть жидкости, выходящая из канала 20, устремляется вверх, поднимая общий уровень воды в отстойнике 7, и через дозатор 33 порции очищенной воды начинают поступать в трубу 29 турбослива. Пузырьки воздуха, подаваемые инжектором 32, отталкивают любые биочастички и биообразования от дозатора 33, не пропуская их на выход из установки к патрубку 30.
При достижении уровня сточных вод в отстойнике 7, близкого к максимальному, начинает работать устройство для сбора и удаления биопленки с поверхности воды: биопленка устремляется в конусообразную загрузочную горловину 22 (изображено на фиг.1). Поступление сточных вод в циркуляционный канал 20 увеличивается, большая часть этой воды из его нижней части устремляется вверх по малому кольцу внутри отстойника 7, очищая его, а небольшая часть очищенной воды из канала 20 начинает поступать в горизонтальную трубу 25, выталкивая находящиеся в ней сточные воды в приемный резервуар 3 и производя очистку горизонтальной циркуляционной трубы 25. При этом большой круг циркуляции сточных вод меняет направление вращения на противоположное: в этом случае воды начинают вращаться в установке против часовой стрелки, но с гораздо меньшей скоростью, не приводя к принудительному поступлению ила в отстойник 7 и не нарушая его работу. Перемена направления движения большого круга сточных вод в компактном устройстве служит для очистки горизонтального циркуляционного канала 25, исключая его заиливание. Работа эрлифта U-образной трубы 23 обеспечивает эффективный сбор биопленки с поверхности сточных вод в отстойнике 7 и движение воды по малому кругу внутри отстойника 7: через загрузочную горловину 22, эрлифт U-образной трубы 23 и вертикальный циркуляционный канал, а из него обратно в верхнюю зону отстойника 7. На выходе U-образной трубы 23 и в канале 20 происходит интенсивное разбивание и аэрация биопленки, собранной на поверхности воды в отстойнике 7 и накопление биообразований, обеспечивающие дополнительную эффективную обработку сточных вод и удобство их сбора и выведения с поверхности воды в отстойнике 7.
Благодаря тому, что все сообщающиеся емкости компактного устройства для очистки сточных вод - приемный аэротенк 3, активационный резервуар 4 и отстойник 7 - имеют самовыравнивающийся уровень сточных вод, не создающий избыточного давления на перегородку 8 и скошенную боковину 9, упрощается конструкция установки, уменьшается количество потребляемой энергии для циркуляции. Также этому способствует верхняя (а не придонная) установка аэратора 17 в приемном аэротенке 3, расположенном над активационным резервуаром 4, что обеспечивает уменьшение расхода энергии на преодоление пузырьками воздуха столба жидкости. Уменьшение растворенного кислорода в этом случае, как было экспериментально доказано, с успехом компенсируется работой придонного активационного резервуара, и общая окислительная способность системы не изменяется. Кислород расходуется гораздо эффективней. Сбор очищенной воды через дозатор 33 турбослива происходит самотеком и не требует расхода энергии.
Использование данного способа позволит значительно упростить устройство для очистки сточных вод в индивидуальных бытовых установках при уменьшении расхода энергии на их обработку и повышении надежности работы, исключить «дурной» запах и сократить площадь, занимаемую очистными сооружениями сточных вод. Установка отличается простотой исполнения, экономичностью в работе и в обслуживании.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в значительном увеличении надежности функционирования, уменьшении энергозатрат на обработку сточных вод, упрощении конструкции очистного сооружения и повышении эффективности очистки сточных вод за счет интенсификации методов воздействия на сточные воды, использования однорезервуарной компактной емкости с сообщающимися смежными камерами и самотечным придонным движением сточных вод между ними, повышения качества очистки в разных режимах работы, уменьшении стоимости строительства очистного сооружения, снижении энергозатрат на обработку сточных вод, при этом экологический результат достигается повышением качества очистки и сокращением санитарно-защитных зон.