Устройство биологической очистки сточных вод

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод активным илом и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве, в том числе на объектах индивидуального жилищного строительства.
Известны устройства биологической очистки сточных вод с определенными конструкцией и производительностью параметрами, содержащие герметичный корпус, преимущественно пластмассовый, включающий уравнивающий, активационный (аэротенки) и фильтрационный (вторичный отстойник) резервуары с соответствующим оборудованием, патрубки для подвода «грязных» сточных вод и отвода «чистых» сточных вод, придонные аэраторы, систему транспорта, содержащую эрлифты, оборудование для перемещения жидкостей и газов с необходимыми трубопроводами, запорно-регулирующей арматурой и приборами автоматизации (Патент №2201405 РФ, МПК C02F 3/02, опубл. 27.03.2003; патент №2220112 РФ, МПК C02F 3/02, опубл. 27.12.2003; патент №2228915 РФ, МПК C02F 3/02, опубл. 20.05.2004 и др.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся недостаточно высокая эффективность очистки сточных вод, что обусловлено снижением интенсивности перемешивания водно-иловой смеси придонными аэраторами из-за налипания и закупорки выпускных отверстий иловыми частицами во время простоя при смене режима работы устройств, а также высокая стоимость и не достаточная надежность устройств из-за сложности и громоздкости их конструкций.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому устройству и принятому за прототип является устройство биологической очистки сточных вод с определенными конструкцией и производительностью параметрами под торговым названием «Евробион-Арт», содержащее герметичный корпус, преимущественно пластмассовый, разделенный вертикальной перегородкой на аэротенк, состоящий из зоны окисления и зоны денитрификации, и вторичный отстойник, включающий патрубки для подвода «грязных» и отвода «чистых» сточных вод, придонные мелко- и крупнопузырчатые аэраторы, канальный отстойник и систему транспорта, содержащую эрлифты откачки, циркуляции и рециркуляции ила и биопленки, оборудование для перемещения жидкостей и газов с необходимыми трубопроводами, запорно-регулирующей арматурой и приборами автоматизации (Юбас [Электронный ресурс]. Евробион. Режим доступа: http://www.ubas.ru/m left/eurobion/paqe50).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся недостаточно высокая эффективность очистки сточных вод, что обусловлено относительно небольшой длиной седиментационного пути прохождения водно-иловой смеси из зоны денитрификации аэротенка во вторичный отстойник, а также недостаточным действием седиментационных сил на иловые частицы во вторичном отстойнике, вследствие чего возможен проскок частиц ила из вторичного отстойника в систему отвода «чистых» сточных вод.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение эффективности очистки сточных вод.
Результатом предлагаемого технического решения является интенсификация процесса илоотделения.
Поставленный технический результат достигается устройством биологической очистки сточных вод, содержащим герметичный корпус, преимущественно пластмассовый, разделенный вертикальной перегородкой на аэротенк, состоящий из зоны окисления и зоны денитрификации, и вторичный отстойник, включающий патрубки для подвода сточных вод и отвода очищенной воды, придонные мелко- и крупнопузырчатые аэраторы, канальный отстойник и систему транспорта, содержащую эрлифты откачки, циркуляции и рециркуляции ила и биопленки, оборудование для перемещения жидкостей и газов с трубопроводами, причем зона денитрификации и вторичный отстойник функционально связаны посредством канального отстойника, который выполнен путем совмещения дегазатора, снабженного отводом, и успокоителя потока, снабженного биофильтром, при этом дегазатор выполнен в виде колена с углом 30-50°, горизонтальная часть которого образует приемную камеру, а в наклонной части размещена перегородка на половину диаметра прохода с возможностью образования каналов для рециркуляции избыточного ила через отвод в зону окисления аэротенка и прохождения водно-иловой смеси через успокоитель потока с биофильтром во вторичный отстойник, при этом успокоитель потока выполнен в виде вертикально расположенной h-образной трубы с переходом от меньшего диаметра к большему.
Предлагаемая конструкция устройства биологической очистки сточных вод способствует интенсификации процесса илоотделения и, как следствие, повышению эффективности очистки сточных вод.
Дегазатор представляет собой колено с углом 30-50°, горизонтальная часть колена образует приемную камеру, а в наклонной части размещена перегородка на половину диаметра прохода с возможностью образования каналов для рециркуляции избыточного ила через отвод в зону окисления аэротенка и прохождения водно-иловой смеси через успокоитель потока с биофильтром во вторичный отстойник. Посредством оборудования для перемещения газов, например компрессором, в дегазаторе осуществляется процесс дегазации - равномерного барботирования пузырьков воздуха диспергированных в водно-иловой смеси. Под действием обдувки в наклонной части дегазатора создается закрученное движение потока водно-иловой смеси. Под действием закрученного движения и барботажа иловые частицы увлекаются за перегородку в канал рециркуляции избыточного ила, а далее через отвод в зону окисления аэротенка.
Вертикальное выполнение успокоителя потока в виде h-образной трубы с переходом от меньшего сечения к большему обусловлено необходимостью создания наилучших условий для процесса илоотделения. Таким образом, достигается:
1) с учетом гидравлического сопротивления, надежности работы устройства и его малогабаритности оптимальная длина седиментационного пути прохождения водно-иловой смеси из зоны денитрификации аэротенка во вторичный отстойник;
2) снижение скорости восходящего потока водно-иловой смеси за счет перехода от меньшего сечения к большему, биофлокуляции мелких иловых частиц, а также создаваемого противотока в нисходящей части успокоителя потока обдувкой посредством оборудования для перемещения газов, например компрессором;
3) формирование в переходной зоне успокоителя потока плавающего биофильтра, через который фильтруется водно-иловая смесь.
Образованные в восходящей части успокоителя потока хлопья иловых частиц седиментируют, захватываются закрученным потоком и увлекаются через канал рециркуляции избыточного ила, а далее через отвод в зону окисления аэротенка.
Устройство биологической очистки сточных вод поясняется чертежами:
фиг. 1 - схема установки биологической очистки сточных вод;
фиг. 2 - схема канального отстойника.
Установка биологической очистки сточных вод содержит (фиг. 1) герметичный корпус 1, разделенный вертикальной перегородкой 2 на аэротенк 3, состоящий из зоны окисления 4 и зоны денитрификации 5 (на фиг. 1 показаны пунктиром), и вторичный отстойник 6, включающий патрубки для подвода сточных вод 7 и отвода очищенной воды 8, придонные мелко- 9 и крупнопузырчатые 10 аэраторы, канальный отстойник 12 и систему транспорта, содержащую эрлифты откачки 11 и 13 соответственно биопленки и избыточного ила, циркуляции 14 и рециркуляции 15 активного ила, а также оборудование для перемещения жидкостей и газов, в том числе компрессор 16, воздухораспределительный бачок 17, с необходимыми трубопроводами, в том числе обдувками 18, запорно-регулирующей арматурой 19 и приборами автоматизации (не показаны).
Канальный отстойник 12 состоит (фиг. 2) из дегазатора 20, снабженного отводом 21 для рециркуляции избыточного ила в зону окисления аэротенка, и успокоителя потока 22, снабженного биофильтром 23. Дегазатор 20 содержит приемную камеру 24, перегородку 25, каналы 26 и 27. Успокоитель потока 22 содержит восходящую 28, переходную 29 и нисходящую 30 части, а также воздухоотвод 31.
Устройство биологической очистки сточных вод работает следующим образом. Сточные воды поступают через подводной патрубок 7 в зону окисления 4 аэротенка 3, где за счет придонного (для зоны окисления 4) мелкопузырчатого аэратора 9 поддерживается высокий уровень растворенного кислорода. В зоне окисления 4 происходят процессы окисления и разложения органики, а также регенерации активного ила, который рециркулирует из вторичного отстойника 6 посредством эрлифта 15. Далее стоки поступают в зону денитрификации 5 аэротенка 3. Большая часть иловых частиц здесь задерживается и перемешивается с помощью придонных (для зоны денитрификации 5) крупнопузырчатых аэраторов 10.
Далее водно-иловая смесь и некоторое количество активного ила поступают в канальный отстойник 12, где проходят через воздушную пробку в приемной камере 24 дегазатора 20, образованную обдувкой 18, и успокоитель потока 22 с биофильтром 23. Перемешивание достигается циркуляцией части активного ила из приемной камеры 2 4 посредством эрлифта 14 в зону денитрификации 5 аэротенка 3.
Интенсификация процесса илоотделения происходит за счет барботирования пузырьков воздуха, диспергированных в водно-иловой смеси в дегазаторе 20. В результате обдувки 18 создается закрученное движение потока водно-иловой смеси, при этом хлопья иловых частиц под воздействием барботажного потока водной составляющей смеси увлекаются за перегородку 25 в канал 26 рециркуляции избыточного ила, а далее через отвод 21 в зону окисления 4 аэротенка 3. Водно-иловая смесь с низкой концентрацией иловых частиц по каналу 27 поступает в восходящую 28 часть успокоителя потока 22.
В процессе денитрификации в иловой хлопьеобразной массе образуется газообразный азот, который, всплывая на поверхность, захватывает с собой мелкодисперсные биообразования. Сформированная таким образом биопленка в переходной части 29 успокоителя потока 22 создает плотный плавающий биофильтр 23, через который дополнительно фильтруется водно-иловая смесь.
В восходящей части 28 успокоителя потока 22 также происходит хлопьеобразование, что обусловлено снижением скорости восходящего потока за счет перехода от меньшего сечения к большему, биофлокуляцией мелких иловых частиц и противотоком, создаваемого в нисходящей части 30 успокоителя потока 22 обдувкой 18. При этом воздух, поступающий от обдувки 18, во избежание создания воздушной пробки, отводится через воздухоотвод 31. Процесс биофлокуляции вызван наличием у бактерий активного ила слоя слизисто-тягучего биополимерного геля. Сфлокулированные крупные хлопья ила седиментируют и, захватывая за собой мелкие дисперсные хлопья, попадают под воздействие закрученного движения водно-иловой смеси, а далее увлекаются в канал 26 рециркуляции избыточного ила, и далее через отвод 21 в зону окисления 4 аэротенка 3.
Далее водно-иловая смесь с низкой концентрацией иловых частиц, пройдя переходную 29 и нисходящую 30 части успокоителя потока 22, попадает во вторичный отстойник 6. Часть иловых частиц, прошедшая процесс дегазации и попавшая во вторичный отстойник 6, обладает хорошими седиментационными свойствами, что сказывается на скорости осаждения хлопьев ила и осветлении надиловой воды во вторичном отстойнике 6.
Накапливаемый во вторичном отстойнике 6 активный ил принудительно рециркулирует в зону окисления 4 аэротенка 3 посредством эрлифта 15, где происходит его перемешивание с загрязненными стоками и регенерация, что также интенсифицирует процесс окисления органических веществ. Далее очищенная вода через отводной патрубок 8 выводится за пределы установки.
На поверхности вторичного отстойника 6 в результате отстаивания водно-иловой смеси (с низкой концентрацией иловых частиц) образуется биопленка. Для ее удаления на уровне отводного патрубка 8 установлен U-образный эрлифт откачки 11 биопленки. Под действием обдувки 18 биопленка засасывается и отводится в зону окисления 4 аэротенка 3.
Для поддержания высокой концентрации активного ила (не менее 6,0 г/л) выгрузку (при необходимости) следует производить не чаще чем один раз в год. Откачка избыточного ила производится из зоны денитрификации посредством эрлифта 13. Откаченный избыточный ил может использоваться в качестве экологически чистого удобрения.
Таким образом, выполнение канального отстойника путем совмещения дегазатора, снабженного отводом, и успокоителя потока, снабженного биофильтром, при этом дегазатор выполнен в виде колена с углом 30-50°, горизонтальная часть которого образует приемную камеру, а в наклонной части размещена перегородка на половину диаметра прохода с возможностью образования каналов для рециркуляции избыточного ила через отвод в зону окисления аэротенка и прохождения водно-иловой смеси через успокоитель потока с биофильтром во вторичный отстойник, при этом успокоитель потока выполнен в виде вертикально расположенной h-образной трубы с переходом от меньшего диаметра к большему, способствует интенсификации процесса илоотделения. Технология, реализуемая в предлагаемом устройстве, характеризуется высокой степенью очистки сточных вод и малоотходностью, что обусловлено процессами самоокисления ила. Небольшое количество образуемого глубоко минерализованного избыточного ила представляет собой высокоэффективное органоминеральное удобрение.