УСТРОЙСТВО ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройству для биологической очистки сточных вод и может быть использована на любых очистных сооружениях.
Известно устройство для биологической очистки сточных вод по патенту РФ №80165 (опубл. 27.01 2009 г.), содержащее аэротенк проточного типа, узел постоянного впуска сточных вод, узел подачи возвратного ила, узел выпуска очищенной жидкости, узел нитроденитрификации.
Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность очистки сточных вод, что выражается в низком качестве очистки вследствие малой активности микроорганизмов при температурах ниже 15-20°С.
Известно устройство для глубокой биологической очистки сточных вод по патенту №64617 (опубл. 10.07.07 г.), содержащее цилиндрический корпус с коническим днищем, включающее камеру аэрации с пневматическими аэраторами, сегментные камеры-денитрификаторы, оснащенные модулями с плоскостной загрузкой, отстойники в виде желобов с нижней продольной перепускной щелью и илосборниками, эрлифты циркулирующего и избыточного активного ила и аэрационную колонну.
Недостатками данного устройства является то, что поступающие на очистку сточные воды имеют температуру значительно ниже оптимальной и процесс очистки характеризуется малой эффективностью и значительными остаточными концентрациями как по взвешенным веществам, так и по органическим загрязнениям.
Наиболее близким устройством к заявленному решению является устройство по патенту РФ №2035401 (опубл. 20.05.95), содержащее аэротенк, вторичный отстойник, трубопровод подачи исходных сточных вод в аэротенк, напорный и всасывающий трубопроводы возвратного активного ила из вторичного отстойника в аэротенк, насосную станцию, перепускные трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, прсоединенные к напорному трубопроводу возвратного ила и трубопроводу иловой смеси. Устройство дополнительно содержит два теплообменника, установленные последовательно с возможностью взаимодействия с исходными сточными водами, также содержит тепловой насос с компрессором, дросселем, конденсатором и испарителем. При этом первый теплообменник подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после вторичного отстойника, второй теплообменник посредством циркуляционного контура соединен с конденсатором, а испаритель подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после первичного теплообменника.
Недостатком данной полезной модели является то, что при запуске теплового насоса при низкой температуре поступающей сточной воды выходят из строя трубопроводы и тепловой насос, происходит гибель активного ила и как следствие, полное отсутствие очистки сточных вод и загрязнение водных и земных объектов.
Предлагаемой полезной моделью решается задача обеспечения устойчивой и стабильной работы очистных сооружений при понижении температуры сточных вод.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для биологической очистки сточных вод, содержащем аэротенк, вторичный отстойник, трубопровод подачи исходных сточных вод, трубопровод очищенных сточных вод, теплообменники, тепловой насос с компрессором, дросселем, конденсатором и испарителем, дополнительно включено три теплообменника, водонагревательное устройство, при этом третий теплообменник соединен с трубопроводом исходных сточных вод, а контур теплообменника с водонагревательным устройством.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что оно включает три теплообменника, водонагревательное устройство, при этом третий теплообменник соединен с трубопроводом исходных сточных вод, а контур теплообменника с водонагревательным устройством.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается устойчивая и стабильная работа очистных сооружений при понижении температуры сточных вод.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежом.
Устройство для биологической очистки сточных вод работает следующим образом. Неочищенные сточные воды, имеющие низкую температуру t1 (2-6°), подаются через трубопровод подачи исходных сточных вод 1. Перед входом в аэротенк 2 стоки проходят через два теплообменника. - второй и третий. Третий теплообменник 3 передает тепло поступающим холодным стокам от водонагревательного устройства 4, температура воды повышается до температуры t2 (6-8°), контур 5 заполнен технической водой. Далее сточные воды подогреваются до температуры t3 (10-14°) через второй теплообменник 6, контур 7 которого заполнен тосолом. Температура воды t3 (10-14°) поддерживается на оптимальном уровне для жизнедеятельности активного ила и процесса биологической очистки. После отстойника 8 тепловая энергия очищенных сточных вод отбирается первым теплообменником 9, и на выходе получаем температуру очищенной воды, которая равна температуре t1 (2-6°). Контур 10 первого теплообменника заполнен тосолом и передается на тепловой насос 11. Тепловая энергия воды через теплообменник 9 передается тосолу. Тосол в испарителе 12 теплового насоса отдает тепло промежуточному теплоносителю - хладагенту, который при этом испаряется. Образовавшиеся пары при этом сжимаются компрессором 13 и поступают в конденсатор 14, где конденсируются, нагревая тосол второго контура. Тепловая энергия тосола второго контура через теплообменник передается холодным стокам, предварительно подогретым третьим теплообменником водонагревателя. Хладагент теплового насоса поступает на дроссель 15, проходя который частично испаряется, охлаждается и вновь направляется в испаритель 12.
Основными факторами, оказывающими влияние на биологическую очистку сточных вод, является температура исходных сточных вод. Средняя температура сточных вод в городах России в холодное время года колеблется в пределах 15-17°С, температура воды в небольших и средних поселках 4-10°С. В аэротенках с обычным режимом аэрации при температуре воздуха - 10-20°С, температура стоков за время обработки падает на 1-3°С, в аэротенках с продленным режимом аэрации на 4-9°С, что приводит к замедлению или полному прекращению процесса биологической очистки сточных вод. Указанные причины затрудняют применение установок известного типа при отсутствии горячего водоснабжения на объектах, стоки которых подлежат очистке.
Отличие заявленной модели заключается в следующем. Если сточные воды имеют температуру ниже температуры t2 (6-8°), то тепловой насос нельзя использовать, потому что при отборе тепла очищенных сточных вод температура воды будет ниже 0°, выйдут из строя трубопроводы, тепловой насос. При низкой температуре поступающих стоков произойдет нитчатое вспухание и гибель активного ила, произойдет загрязнение среды неочищенными сточными водами. Температура t2° - это минимально допустимая температура для работы теплового насоса, в нашем устройстве при поступлении воды ниже 6-8°, которая контролируется после второго теплообменника, автоматически включается водонагревательное устройство и через третий теплообменник передается тепловая энергия входящим сточным водам, доводя температуру воды до t2. Тепловой насос включается после срабатывания водонагревательного устройства, он повышает температуру воды t2 (6-8°) до температуры t3 (10-14°), которая необходима для нормальной жизнедеятельности активного ила аэротенка. Далее первый теплообменник теплового насоса снимает тепло очищенных сточных вод до температуры входящих сточных вод t1 (2-6°). Тепловая энергия этой температуры и потребляемая энергия теплового насоса нагревают через второй теплообменник входящие сточные воды до температуры 10-14°. Водонагревательное устройство отключается, так как цикл замкнулся и после второго теплообменника в аэротенке будет постоянная температура, равная температуре t3 (10-14°).
Если температура входящих сточных вод равна или больше 12-14°, то водонагреватель и тепловой насос не работают, и сточные воды поступают в аэротенк без подогрева. Водонагревательное устройство в данном устройстве необходимо для запуска теплового насоса, а также для устойчивой работы всего устройства в целом на период пуско-наладки, ремонтных работ теплового насоса и в условиях очень низких температур сточных вод. Подогрев сточных вод до оптимальной температуры регулируется мощностью теплового насоса как в ручном режиме, так и автоматически.
3
Пример: количество поступающих сточных вод - 8 м/час, температура поступающих сточных вод 4°, тепловая энергия 32 ккал. Третий теплообменник повышает температуру сточных вод на 2°, доводя температуру до 6°, количество теплоты повышается до 48 ккал. Второй теплообменник повышает температуру сточных вод на 6°, доводя температуру до оптимальной для биологической очистки в аэротенке - 12°, количество теплоты 96 ккал. После отстойника третий теплообменник снимает температуру очищенных сточных вод на 8° и на выходе из устройства для биологической очистки воды температура равна 4°. Количество теплоты, снятое после первого теплообменника равно 64 ккал, количество теплоты неочищенных сточных вод 32 ккал, после второго теплообменника перед входом в аэротенк количество теплоты составляет 96 ккал и температура 12°, цикл замкнулся и водонагревательное устройство может быть отключено. При более низких температурах поступающих стоков для поддержания баланса всего устройства для биологической очистки водонагревательное устройство может не выключаться, а поддерживать температуру перед вторым теплообменником.
Предложенная установка применяется на объектах, характеризующихся значительными суточными и сезонными колебаниями сточных вод. Подогрев сточных вод регулируемых количеством теплоты позволяет стабилизировать температуру их на входе в аэротенк и повысить стабильность процесса биологической очистки путем поддержания достаточно высокой и близкой к постоянной биохимической активности микроорганизмов активного ила. По предлагаемому способу, подогрев сточных вод в случае понижения их температуры производят до заданной температуры, при которой обеспечивается устойчивая биологическая очистка. Использование данного устройства для биологической очистки сточных вод обеспечивает по сравнению с известными способами автоматическую стабилизацию температурного режима в аэротенке, при длительных или кратковременных низких температурах поступающих сточных вод.
В таблице приведены данные по очистке хозяйственно-бытовых сточных вод. Из таблицы видно, что наилучшие показатели очистки сточных вод наблюдаются при использовании заявляемой модели. В прототипе, где температура входящих сточных вод ниже 8°, выходит из строя тепловой насос и биологическая очистка прекращается, сточные воды не очищаются и выходят из сооружений с такими же показателями как при входе. В протопите, где входящие сточные воды имеют температуру 8-10° показатели очищенной воды хуже, чем в заявляемой установке, так как даже при кратковременных понижениях и колебаниях температур сточных вод снижается биологическая активность и окислительная способность ила, снижается качество очистки сточных вод в целом и сточным водам требуется доочистка. В заявленной полезной модели при температуре входящих сточных вод 2-12° показатели качества очищенных сточных вод соответствуют требованиям сброса их в водоемы и на поверхность земли, данным стокам не требуется дополнительная очистка.
Таблица
Показатель (на выходе из устройств биологической очистки)
Прототип (температура входящих сточных вод ниже 2-8°)
Прототип (температура поступающих сточных вод 8-10°)
Заявляемая модель (температура поступающих сточных вод 2-12°)
Биохимическое потребление кислорода, мг/л
100-150
10-20
6-10
Химическое потребление кислорода, мг/л
200-300
25-50
20-30
Взвешенные вещества, мг/л
100-150
20-30
6-10
Азот аммонийный NH4, мг/л
14-16
2-4
<2
Железо общее, мг/л
2-4,5
1,0-1,5
0,.5-1,0
рН
7,2-8,7
7,0-8,0
6,5-8,5
СПАВ, мг/л
6-9
2-4
0,1-0.2