ЛОКАЛЬНОЕ ОЧИСТНОЕ УСТРОЙСТВО

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к локальным очистным устройствам или сооружениям глубокой биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод отдельных жилых строений или группы зданий.
Уровень техники
Известно локальное очистное устройство (RU 178806 U1, опубликовано 19.04.2018 г.), включающее в однокорпусном исполнении герметичную емкость, выполненную с возможностью присоединения к канализационным магистралям посредством подводящих и отводящих патрубков, причем емкость разделена перегородками с отверстиями на четыре камеры, а именно, на септическую камеру первичного отстойника, выполненную с возможностью отделения крупных минеральных примесей, содержащихся в исходной сточной воде, а также взвешенных веществ, нефтепродуктов, СПАВ, причем септическая камера первичного отстойника выполнена с встроенной перегородкой, выполненной с возможностью задерживать и не давать поступать на дальнейшие ступени биологической очистки плавающих на поверхности примесей, при этом септическая камера первичного отстойника подсоединена к камере вторичного отстойника, содержащей мембранный аэрационный элемент, причем камера вторичного отстойника выполнена с возможностью разделения иловой смеси под воздействием сил гравитации с отводом осветленной сточной воды в третью камеру - аэробного биореактора, который содержит циркуляционный насос, подсоединенный к кольцевому рассеивателю, выполненному с возможностью распыления полученной воды от циркуляционного насоса на полимерный биофильтр, который подсоединен к четвертой камере - чистой воды, выполненной с возможностью отвода очищенной воды по внешней подсоединенной магистрали.
Недостатком заявленного аналога является недостаточная эффективность очистки сточных вод, так как отсутствует механизм транспортировки скопившегося ила на дне отстойников в первую септическую камеру, и отсутствие многоуровневых этапов очистки.
Раскрытие полезной модели
Технический результат заключается в повышении эффективности очистки сточных вод, за счет двухступенчатой анаэробно-аэробной обработке стоков и многоуровневых и качественных этапов очистки которые включают в себя в том числе: трубчатый аэратор встроенный в первую септическую камеру, общий илопровод подсоединенный к эрлифтам вторичного отстойника и третичного отстойника, встроенный в аэротенк второй ступени биофильтр, выполненный из полипропиленовой нити натянутой на каркас, компрессор подсоединенный к аэрационному средству аэротенка первой ступени, аэрационному средству аэротенка второй ступени, общему илопроводу и трубчатому аэратору септической камеры.
Результат достигается заявленным локальным очистным устройством, включающим в однокорпусном исполнении герметичную емкость горизонтального расположения, выполненную с возможностью присоединения к канализационным магистралям посредством подводящих и отводящих патрубков, причем емкость разделена перегородками с отверстиями на шесть камер, а именно, на септическую камеру, выполненную с возможностью отделения крупных минеральных примесей, содержащихся в исходной сточной воде, а также взвешенных веществ, нефтепродуктов, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), также септическая камера содержит трубчатый аэратор, при этом септическая камера подсоединена к камере аэротенка первой ступени содержащей механический полимерный фильтр решетку, выполненный с возможностью задерживать и не давать поступать на дальнейшие ступени биологической очистки плавающих на поверхности примесей, синтетическую придонную загрузку, аэрационное средство аэротенка первой ступени и биофильтр из полимерных трубок, при этом камера аэротенка первой ступени подсоединена к камере вторичного отстойника содержащей эрлифт вторичного отстойника, кроме того камера вторичного отстойника подсоединена к камере аэротенка второй ступени содержащей аэрационное средство аэротенка второй ступени и биофильтр выполненный из полипропиленовой нити натянутой на каркас, при этом камера аэротенка второй ступени подсоединена к камере третичного отстойника содержащей эрлифт третичного отстойника, кроме того камера третичного отстойника подсоединена к камере чистой воды, кроме того в септическую камеру, в камеру вторичного отстойника и в камеру третичного отстойника встроен общий илопровод подсоединенный к эрлифту вторичного отстойника и эрлифту третичного отстойника, также герметичная емкость локального очистного устройства содержит компрессор подсоединенный к аэрационному средству аэротенка первой ступени, аэрационному средству аэротенка второй ступени, общему илопроводу и трубчатому аэратору септической камеры.
Согласно полезной модели герметичная емкость локального очистного устройства содержит насос, выполненный с возможностью откачки чистой воды.
Согласно полезной модели в септической камере установлен трубчатый аэратор с возможностью проводить взбалтывание легких жировых отложений в верхней части септической камеры с активным илом, располагающимся в нижней части септической камеры посредством подачи воздуха в аэратор от компрессора.
Согласно полезной модели в аэротенке первой ступени установлен механический полимерный фильтр решетка, закрепленный на каркасе биофильтра из полимерных трубок с возможностью обслуживания.
Согласно полезной модели каждое аэрационное средство выполнено из полипропиленовой трубки с надетым аэрационым рукавом, выполненным с возможностью мелкой аэрации.
Согласно полезной модели в аэротенке второй ступени биофильтр выполнен из 3-Д полипропиленовой нити с возможностью самоочищения.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется схемой предпочтительного варианта осуществления заявленного локального очистного устройства.
Осуществление полезной модели
На фигуре изображено заявленное локальное очистное устройство, включающее в однокорпусном исполнении герметичную емкость горизонтального расположения, выполненную с возможностью присоединения к канализационным магистралям посредством подводящих и отводящих патрубков, причем емкость разделена перегородками с отверстиями на шесть камер, а именно, на септическую камеру 1, выполненную с возможностью отделения крупных минеральных примесей, содержащихся в исходной сточной воде, а также взвешенных веществ, нефтепродуктов, СПАВ, также септическая камера 1 содержит трубчатый аэратор 2, при этом септическая камера 1 подсоединена к камере аэротенка первой ступени 3 содержащей механический полимерный фильтр решетку 4, выполненный с возможностью задерживать и не давать поступать на дальнейшие ступени биологической очистки плавающих на поверхности примесей, синтетическую придонную загрузку 5 (или биофильтр камеры аэротенка первой ступени для размножения бактерий), аэрационное средство аэротенка первой ступени 6 и биофильтр из полимерных трубок 7, при этом камера аэротенка первой ступени 3 подсоединена к камере вторичного отстойника 8 содержащей эрлифт вторичного отстойника 9, кроме того камера вторичного отстойника 8 подсоединена к камере аэротенка второй ступени 10 содержащей аэрационное средство аэротенка второй ступени 11 и биофильтр 12 выполненный из полипропиленовой нити натянутой на каркас, при этом камера аэротенка второй ступени 10 подсоединена к камере третичного отстойника 13 содержащей эрлифт третичного отстойника 14, кроме того камера третичного отстойника 13 подсоединена к камере чистой воды 15, кроме того в септическую камеру 1, в камеру вторичного отстойника 8 и в камеру третичного отстойника 13 встроен общий илопровод 16 подсоединенный к эрлифту вторичного отстойника 9 и эрлифту третичного отстойника 14, также герметичная емкость локального очистного устройства содержит компрессор 17 подсоединенный к аэрационному средству аэротенка первой ступени 6, аэрационному средству аэротенка второй ступени 11, общему илопроводу 16 и трубчатому аэратору 2 септической камеры 1.
Герметичная емкость локального очистного устройства в частном варианте осуществления выполнена горизонтального расположения для подземной установки.
В камере вторичного отстойника и в камере третичного отстойника заявленного локального очистного устройства размещаются эрлифты, выполненные из полимерных труб различного диаметра, связанные с илопроводом. Эрлифты служат для транспортировки скопившегося ила на дне отстойника в первую септическую камеру, с целью перемещения отработанного ила ("умершей" биомассы) и части активного ила аэротенка для повышения качественного состава активного ила в септической камере.
Локальное очистное устройство может быть изготовлено из полимерных листов или спиральновитых труб и полимерных листов высокой механической прочности и морозостойкости. Данный материал является наиболее подходящим для монтажа и эксплуатации в суровых климатических условиях Российской Федерации, по сравнению с материалами, из которых традиционно изготавливают станции очистки. Монтаж данного очистного сооружения возможно проводить даже при температуре до -20°С, а эксплуатация без дополнительных мероприятий при температурах до -50°С.
Локальное очистное устройство полностью изготавливается из полимеров, абсолютно инертных материалов к коррозии и обладающих длительной химической стойкостью в агрессивной среде сточных вод. Рабочее тело локального очистного устройства с толщиной стенки не менее 25 мм, и колодцы обслуживания с толщиной стенки не менее 16 мм изготовлены из спиральновитой трубы. За счет применения полого профиля достигается низкий вес конструкции, высокие физико-механические характеристики. Также рабочее тело локального очистного устройства может изготавливаться из полимерных сплошных листов, толщиной 10-12 мм. Все перегородки в локальном очистном устройстве изготавливаются из сплошного полимерного листа толщиной 12, 10, 8 и 6 мм. Торцевые перегородки могут быть усилены дополнительно ребрами жесткости. Соединение рабочего тела с перегородками производится с помощью герметичного экструзионного шва (экструзионная сварка полимеров). В локальное очистное устройство устанавливаются биофильтры, которые изготавливаются полностью из полимерных материалов, срок службы которых до 50 лет.
В локальном очистном устройстве применяются следующие виды полимерных биофильтров.
1. В частном варианте фильтр 18 механической очистки септической камеры 1 (для размещения анаэробных бактерий) с биозагрузкой. Изготовлен в виде тубуса из геомата, наполненного плавающей полимерной биозагрузкой с полезной площадью для размещения биомассы 1000-1500 м2/ м3. Фильтр оснащен ручкой из полипропиленовой трубы для крепления и извлечения из локального очистного устройства для периодической промывки.
2. Биофильтр из полимерных трубок 7 (из камеры аэротенка первой ступени 3), со встроенным фильтром механической очистки. Фильтр представляет собой определенное количество решетчатых полимерных трубок, с небольшой площадью размещения биомассы.
3. Синтетическую придонную загрузку 5 камеры аэротенка первой ступени 3 (или придонный фильтр) из 3-Д геомата, а именно состоящую из листов 3-Д геомата, количество и размеры которого зависят от производительности модели локального очистного устройства. Причем листы 3-Д геомата крепятся на каркас из полипропиленовых трубок.
4. Биофильтр 12 камеры аэротенка второй ступени 10 аэробного биореактора. Изготовлен из 3Д-полипропиленовой нити, натянутой на каркас из полипропиленовых трубок. Данный фильтр является несъемным, т.к. обладает способностью самоочищаться, что позволяет изготовить его максимально больших габаритов, увеличив тем образов эффективность работы биореактора. Каркас из полипропиленовых трубок может представлять собой параллелепипед на который натягивается нить и крепится к нему с помощью полипропиленовых хомутов.
5. Механический полимерный фильтр решетку 4 которая может представлять собой решетку из полипропилена с ячейкой до 5×5 мм, которая крепится на прямоугольный каркас из полипропиленовых трубок хомутами.
Аэрационное средство аэротенка первой ступени 6, размещенное на дне второй камеры аэротенка первой ступени 3 изготовлен полностью из полимерных материалов. Каркас и заглушки аэрационного средства аэротенка первой ступени 6 изготовлены из полипропилена. Мембрана аэрационного средства аэротенка первой ступени 6 изготовлена из прочного латекса с прорезанными лазером разрезами, которые позволяют производить мелкодисперсную аэрацию, причем при остановки подачи воздуха разрезы на мембране под действием давления воды закрываются, и сточные воды не поступают в аэрационное средство аэротенка первой ступени 6.
В частном варианте осуществления аэрационное средство 11 и 6 представляет собой элемент выполненный из полипропиленовой трубы Ду 50 мм в которой проделаны отверстия для подачи воздуха, на концах трубы установлены заглушки, которые также являются фиксаторами аэрационного латексного рукава мелкопузырчатой аэрации, одетого на трубу С одной стороны аэрационное средство имеет патрубок для подключения к воздуховоду. Длина аэрационного средства зависит от производительности модели локального очистного устройства.
Трубчатый аэратор 2 изготовлен из полипропиленовой трубы.
Воздухопровод, илопровод 16 и вся регулирующая поток запорная арматура изготовлена полностью из полипропилена, что позволяет увеличить срок службы воздушной магистрали до 50 лет.
В локальном очистном устройстве весь сток предварительно поступает в септическую камеру.
В биологической очистке можно выделить две группы бактерий -анаэробные и аэробные.
2
2
2
Аэробные формируются только в присутствии растворенного O, сам процесс характеризуется полным расщеплением легкоокисляемых органических комплексов до СO и НO.
3
2
Анаэробные функционируют в условиях минимального содержания растворенного кислорода, возможно присутствие химически связанных форм, таких как NO и NO и т.п.
Кроме того, анаэробы являются более устойчивыми к воздействию больших нагрузок и токсикантов, чем аэробы.
5
При очистке стоков, где содержание органических веществ по показателям БПК (биологическое потребление кислорода) и ХПК (химическое потребление кислорода) носят высококонцентрированный характер (при высокой концентрации отходов пищи, что традиционно для эксплуатации канализации в нашей стране), применение одного аэробного процесса экономически и технологически нецелесообразно.
В заявленном локальном очистном устройстве анаэробные бактерии присутствуют в септической камере. Но и использование только лишь анаэробной деструкции также имеет свои недостатки, не дает высокую интенсивность разложения органики и не обеспечивает очистку до жестких нормативных требований законодательства. Поэтому в данном случае эффективно применение двухступенчатой анаэробно-аэробной обработке стоков. После септической камеры легкоокисляемые органические вещества попадают в аэротенк. В аэротенках механизм изъятия веществ из стоков происходит в результате деятельности взвешенной в воде активной биомассы.
Далее подготовленный сток поступает на биофильтр камеры аэротенка второй ступени аэробного биореактора для финальной очистки.
Биофильтр камеры аэротенка второй ступени аэробного биореактора же оснащен специальным фильтрующим материалом, на котором образуется биологическая пленка - иммобилизованная форма. Она адсорбирует на своей поверхности примеси, которые под воздействием ферментов поглощаются живыми клетками.
Основными преимуществами двухступенчатой анаэробно-аэробной биологической очистки, проявляющимися при использовании для индивидуальной жилой застройки в нашей стране, являются:
Удаление широкого спектра загрязняющих веществ - азотных и фосфорных групп, нефтепродуктов, фенолов, СПАВ, соединений во взвешенной, растворенной, коллоидной формах.
Экологическая безопасность. Сложные вещества используются живой экосистемой как средство питания, при этом они перерабатываются до простых безвредных продуктов, таких как вода, диоксид углерода и т.п.
Принцип работы локального очистного устройства:
Сточные воды поступают в септическую камеру 1, в которой отделяются крупные минеральные примеси, содержащиеся в исходной сточной воде, взвешенные вещества, нефтепродукты, СПАВ. Из биологических микроорганизмов в септической камере 1 преобладают микроаэрофилы и факультативные анаэробы. В септической камере 1 установлен трубчатый аэратор 2. По мере эксплуатации локального очистного устройства в септической камере 1 накапливаются жировые отложения и прочие легкие продукты жизнедеятельности, поступающие в канализацию. Все это представляет собой поверхностный пласт накоплений, где процессы гниения происходят очень активно, нарушая дальнейшую переработку стоков. Возникает необходимость взбалтывания данных отложений для перемешивания с активным илом. Трубчатый аэратор 2 служит наиболее эффективным и удобным инструментом для этого. Подача воздуха осуществляется при механическом открывании крана.
Так же в септической камере происходит гомогенизация сточных вод, а соответственно усреднение качественного состава стоков, что является благоприятным фактором биологических процессов очистки стоков. Так, например показатель рН стабилизируется в пределах 6,7-7,5, что благоприятно сказывается на содержании аммиака, являющегося токсичным для активного ила (критично при рН более 8 и температуре воды более 20 град.).Кроме этого септическая камера является своеобразной анаэробной зоной, в которой отсутствует свободный кислород, однако он присутствует в химически связанном виде в форме нитратов. При благоприятных условиях рН, указанных выше, в септической камере происходит активная денитрификация, или снижение нитратов: 6NO3-+5СН3 OH=3N2+5СO2+7Н2O+6(ОН)-.
Условно осветленная вода после нахождения в септической камере 1 самотеком поступает в камеру аэротенка первой ступени 3 проходя через механический полимерный фильтр решетку 4 например из 3Д-мата и попадая на биофильтр из полимерных трубок 7 вступая во взаимодействия с закрепленной биопленкой на носителе.
Так же в камере аэротенка первой ступени 3 за счет интенсивной мелкопузырчатой аэрации происходит двухступенчатое преобразование аммиака в составляющие (нитрификация).
После этого водно-иловая смесь из камеры аэротенка первой ступени 3 через синтетическую придонную загрузку 5 (или придонный фильтр) поступает в камеру вторичного отстойника 8, в котором происходит разделение иловой смеси под воздействием сил гравитации: часть ила возвращается в аэротенк первой ступени 3 (таким образом, часть ила уходит обратно в аэротенк первой ступени 3, а другая часть накапливается в камере вторичного отстойника 8, т.о. происходит рециркуляция ила, когда включена аэрация), а осветленная сточная вода отводится в камеру аэротенка второй ступени 10.
В камере аэротенка второй ступени 10 сточные воды очищаются биопленкой на 3Д-полипропиленовой нити при подаче небольшого количества воздуха по аэрационному средству аэротенка второй ступени 11 (или аэрационным элементам), сорбируя и окисляя загрязнения, оставшиеся в сточной воде. При этом создаются аноксидные условия, являющиеся благоприятным факторам для развития денитрифицирующих бактерий, аналогично септической камере и биореактора.
За счет установленного биофильтра 12 выполненного из полипропиленовой нити натянутой на каркас увеличивается площадь размножения аэробных бактерий и ускоряется интенсивность очистки сточных вод. Тем самым локальное очистное устройство может перерабатывать загрязненные стоки с большей эффективностью, чем очистные установки, работающие только за счет активного ила в свободно-взвешенном состоянии. Локальное очистное устройство способно переработать сточные воды с более высокой концентрацией загрязняющих веществ, превышающих по некоторым показателям (БПК5 и СПАВ) до 200% от усредненного уровня. Еще одним преимуществом локального очистного устройства является сохранить работоспособность (способность перерабатывать сточные воды до необходимого уровня, указанного в СанПиН) даже при отключении подачи воздуха в систему в течение 48 часов. Эта способность достигается за счет уставленных в локальное очистное устройство биофильтров на которых крепится биопленка, обладающая большей живучестью (при отсутствии кислорода), чем активный ил аэротенка.
Биофильтр 12 выполненный из полипропиленовой нити натянутой на каркас установленный в камере аэротенка второй ступени 10 хорошо зарекомендовал себя в работе опытного образца и обладает:
высокой механической прочностью
химической и бактериологической стойкостью
температурной устойчивостью
долгим сроком службы, до 50 лет
отсутствием эксплуатационных затрат
высокой активной площадью поверхности
возможностью самоочищения биофильтра
оптимизированным дизайном с идеальным соотношение между открытой площадью каждой ячейки в носителе биопленки и высотой носителя биопленки, благодаря чему улучшается перенос кислорода и питательных веществ.
После этого вода окончательно отделяется от активного ила в камере третичного отстойника 13 уже очищенная и обеззараженная сливается в отсек камеры чистой воды 15, из которой отводится по самотечной магистрали, или перекачивается погруженным дренажным насосом со встроенным поплавковым датчиком уровня.
Следует отметить, что излишний ил удаляется из камеры вторичного отстойника 8 и камеры третичного отстойника 13 по иловой магистрали (илопроводу 16) в септическую камеру 1 при помощи переключения комбинации кранов.
2
3
В частном варианте осуществления заявленного локального очистного устройства в септическую камеру 1 может быть установлен промежуточный фильтр 18 механической очистки септической камеры 1, таким образом еще эффективнее плавающие на поверхности примеси будут задерживаться в септической камере и не поступать на дальнейшие ступени биологической очистки. Данный встроенный фильтр 18 механической очистки септической камеры 1 с биозагрузкой может быть выполнен с полезной площадью для размещения биомассы 1000-1500 м/ м.
Кроме того, в частном варианте осуществления герметичная емкость локального очистного устройства может содержать насос 19, выполненный с возможностью откачки чистой воды.
Современные технологии и оборудование позволяют осуществить настоящую полезную модель в крупносерийном производстве. На заводах и предприятиях имеются все необходимые станки и приборы для производства локального очистного устройства.