СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
TREATMENT OF SEWAGE

Область техники
Изобретение касается способа очистки сточных вод посредством использования биологической активационной системы с активным илом во взвешенном состоянии, которая используется главным образом для малых домовых установок очистки сточных вод.
Современное состояние техники
При биологической очистке сточных вод используется активный ил, который представляет собой смесь различных бактерий и мелких микроорганизмов. Этому илу необходимы для жизни питательные вещества, содержащиеся в сточных водах, он очищает сточные воды посредством потребления питательных веществ. Активационный процесс возможен лишь при непрерывном окислении, которое, как правило, осуществляется посредством нагнетания воздуха в активационный резервуар.
Для очистки сточных вод используются как микроорганизмы, плотно приставшие к основанию различных систем биофильтров и биореакторов, которые смачиваются сточными водами, так и активационные системы с илом во взвешенном состоянии, где хлопья ила перемешиваются со сточной водой и воздухом.
Известные до сих пор активационные очистительные установки сточных вод с илом во взвешенном состоянии можно разделить на системы с непрерывным протеканием сточных вод через активационные резервуары и на системы с прерывистым протеканием.
В непрерывной системе очистки сточные воды после грубой предварительной очистки вводятся в активационный резервуар и после необходимого, с точки зрения технологии, периода, необходимого для очистки, отводятся вместе с активным илом в отдельный вторичный отстойник. В отстойнике происходит осаждение ила, а чистая вода отводится в выпускное отверстие.
В системе с прерывистым протеканием сточные воды после грубой предварительной очистки подаются в активационный резервуар либо немедленно, либо перекачиваются из уравнительного резервуара. После очистки вод активационный процесс прерывается, то есть останавливается подача воздуха и перемешивание воды в активационном резервуаре, а после осаждения ила очищенная вода перекачивается или стекает в выпуск. Затем снова наполняется активационный резервуар, и описанный цикл повторяется. По сравнению с непрерывной очисткой нет необходимости иметь вторичные отстойники, при этом активация циклично повторяется.
Недостаток вышеописанных активационных очистительных систем сточных вод заключается в том, что их нецелесообразно использовать для малых домовых установок очистки сточных вод, относящийся, в частности, к требованиям, связанным с управлением работой очистительной установки.
В активационных установках с непрерывным протеканием ил из второго отстойника необходимо постоянно перекачивать к подводу сточных вод в активационный резервуар. В случае, если в этом резервуаре концентрация ила поднимается выше разрешенной величины, избыточный ил необходимо откачать из очистительной установки. Регулярное измерение концентрации ила в активационном резервуаре и откачивание ила должны проводиться квалифицированным обслуживающим персоналом. Кроме того, при малом протекании сточных вод активационный резервуар необходимо нагружать в ударном порядке. Это отражается на качестве воды на выпуске или при требуемом качестве воды необходимо было бы применить увеличенные размеры активационного резервуара и вторичного отстойника, чтобы получить требуемые параметры выпускаемой воды.
До сих пор известные малые непрерывные очистительные установки с активным илом во взвешенном состоянии выполняют с высокой плотностью ила, когда прерывание осаждения ила должно поддерживаться посредством способа, требующего большого количества энергии в течение 200 дней до выпуска ила без прерывания работы очистительной установки или они обслуживаются квалифицированным персоналом, регулярно выпускающим ил из активационного резервуара. Обе системы не могут поддерживать работу в течение долгого периода времени без подачи сточных вод из-за автолиза ила, следующего за удалением ила из активационного процесса, вводимого прерывисто согласно расходу активационных веществ в активационный резервуар. В этом случае очистительная установка работает достаточно эффективно. Что касается активационных очистительных установок с прерывистым протеканием, эти очистительные установки совершенно непригодны для маломощных источников сточных вод из-за их сложной и дорогой системы управления.
До сих пор известные малые непрерывные очистительные установки с активным илом во взвешенном состоянии выполняют с высокой плотностью ила, когда прерывание осаждения ила должно поддерживаться посредством способа, требующего большого количества энергии в течение 200 дней до выпуска ила без прерывания работы очистительной установки, или они обслуживаются квалифицированным персоналом, регулярно выпускающим ил из активационного резервуара.
Что касается активационных очистительных установок с прерывистым протеканием, из-за их сложной и дорогой системы управления эти очистительные установки совершенно непригодны для маломощных источников сточных вод.
Сущность изобретения
Вышеуказанные недостатки устраняются с помощью способа установки и очистки сточных вод в соответствии с настоящим изобретением, при котором в уравнительный резервуар подают сточные воды и затем перекачивают в активационный резервуар, из которого после их очистки отводят во вторичный отстойник, а из него, после осаждения оставшегося ила, - в выпускное устройство. Сущность изобретения заключается в том, что при понижении уровня сточных вод в уравнительном резервуаре ниже установленного минимального уровня автоматически прерывается активационный процесс, и после этого откачивают избыточный ил из активационного резервуара. В случае повышения уровня сточных вод в уравнительном резервуаре выше установленного рабочего уровня остановится перекачивание ила и возобновляется процесс активации.
Если уровень сточных вод в уравнивающем резервуаре повышается выше установленного рабочего уровня, перекачка ила прерывается, активационный процесс начинается снова. После прерывания активационного процесса целесообразно откачивать избыточный ил после установленной временной выдержки.
Активационная очистительная установка сточных вод, согласно настоящему изобретению, состоит из активационного резервуара с подводом источника воздуха и с переливом во вторичный отстойник. Дополнительно вторичный отстойник снабжен насосом для перекачивания ила из вторичного отстойника в активационный резервуар и выпускным отверстием. Перед активационным резервуаром расположен уравнивающий резервуар, имеющий вход сточных вод, насос для сырой воды для откачивания из уравнивающего резервуара в активационный резервуар, и поплавковый выключатель минимального и рабочего уровня сточных вод в уравнивающем резервуаре. Этот выключатель прерывает активационный процесс и включает насос для ила, когда уровень сточных вод понижается до минимума, возобновляет активационный процесс и выключает насос для ила, когда уровень сточных вод достигает рабочего уровня.
Вышеописанная активационная установка очистки сточных вод преимущественно объединяет в себе конструкторские элементы непрерывной и прерывной систем.
Преимущества согласно настоящему изобретению заключаются в том, что при нерегулярном притоке сточных вод происходит равномерная загрузка активационного резервуара и вторичного отстойника, размеры которых можно, таким образом, установить на средний дневной приток. Оно способствует использованию легкопузырчатой активации, которая является наилучшей биологической очисткой сточных вод с точки зрения потребления энергии и функциональных качеств, используемых даже для источников сточных вод с минимально возможными значениями мощности. Далее, согласно изобретению, конструкция очистительной установки предоставляет возможность повышения уровня сточных вод в активационном резервуаре, тем самым увеличивая его объем. Поэтому необходимые размеры очистительной установки могут быть значительно снижены. Значительное преимущество заключается в том, что отпадает необходимость в квалифицированном обслуживающем персонале для очистительной установки из-за автоматического удаления ила из активационного резервуара, как описано в настоящем изобретении.
Следующее преимущество заключается в том, что при недостаточном притоке сточных вод существенно ограничивается дневной период дутья, вызванный быстрым его прерыванием, в результате чего понижается опасность автолиза ила, который происходит в результате недостатка питательных веществ в активационном резервуаре. В таком случае питательные вещества при попеременном качании очищаемой воды из уравнивающего резервуара в активирующий резервуар и наоборот поступают в активацию из разлагающегося ила в уравнительный резервуар. Тем самым представляется возможность эксплуатации очистительной установки приблизительно 3 месяца без притока сточных вод и при этом не нарушается очистительная способность оборудования. Поэтому очистительная установка пригодна также для использования в курортных объектах, эксплуатация которых не постоянна по сравнению с другими известными объектами.
Приостановление действия очистительной установки после длительного прерывания притока сточных вод может быть поддержано более высоким значением минимального уровня воды в уравнивающем резервуаре, поддерживая поплавок несколько выше, таким образом вызывая увеличение скорости перекачивания и снижение общего времени дутья в день. Другая возможность заключается во введении переключателя времени в источник подачи энергии очистительной установки, обеспечивая работу установки в течение определенного количества часов в день.
Существенный вклад в окружающую среду представляет, согласно изобретению, способность активационной системы денитрифицировать сточные воды, включая частичное биологическое удаление фосфора биологическим путем, что было невозможно или очень сложно у существующих малых очистительных установок. Денитрификация обеспечивается в этой системе посредством прерывания непрерывного активационного процесса и последующего перекачивания нитрифицированной сточной воды в бескислородную или анаэробную среду уравнивающего резервуара. Впоследствии из уравнивающего резервуара в активационный резервуар перекачивается смесь воды очищенной - денитрифицированной и сырой воды. Таким образом, эффективность процесса очистки автоматически увеличивается посредством системы, зависящей от объема притока сточных вод. В течение периода низкого притока удаление органических загрязнений и азота осуществляется посредством нитрификации и последующей денитрификации. С увеличением притока сточных вод, количество циклов перекачки значительно снижается, таким образом снижая уровень денитрификации: дополнительное снижение времени задержки подачи сточных вод в активационный резервуар приводит к последующему снижению уровня нитрификации, ограничивающей в последний момент эффективность удаления органических загрязнений. Снижение притока сточных вод вызывает автоматически увеличение эффективности процесса очистки вплоть до денитрификации воды. В этом случае система влияет на объем притока сточных вод, при этом максимальное прохождение осуществляется с помощью объема воздушного насоса сырой воды (или объемом другого используемого насоса), который обычно в два или три раза больше, чем дневной объем поступающих сточных вод. Наиболее предпочтительным является использование аэровоздушного насоса (например, типа "мамос" "mamoth"), который непрерывно увеличивает объем с увеличением уровня воды в уравнивающем резервуаре и уменьшаем соответственно объем с понижением уровня воды, тем самым увеличивая продолжительность общего периода активации до переключения системы.
Обеспечение денитрификации сточных вод возможно всегда посредством подходящего определения размеров резервуаров очистительной установки так, чтобы в ходе ее эксплуатации более часто достигался минимальный уровень очищаемой воды в уравнивающем резервуаре и тем самым увеличение частоты процесса активации прерывается.
Краткое описание чертежей
На приложенных чертежах изображено одно из возможных исполнений активационной очистительной установки согласно изобретению. На фиг.1 изображен горизонтальный разрез резервуара очистительной установки, на фиг.2 изображен вертикальный разрез, а на фиг.3 - ее принципиальная схема.
Описание предпочтительного варианта
Активационная очистительная установка согласно фиг.1, 2 и 3 состоит из трех самостоятельных в функциональном отношении резервуаров, соединенных в одну систему. Это - уравнивающий резервуар 1 с подводом 5 сточных вод, активационный резервуар 3 с подводом воздуха, то есть с аэрационной трубкой 7, присоединенной к двум компрессорам 10, 11 аэрации и с отводом 19 к вторичному отстойнику 4 с выпуском 6 чистой воды. Уравнивающий резервуар 1 снабжен насосом 13 сырой воды, приводимым в движение компрессором 9, посредством которого сырая или предварительно очищенная вода подается в активационный резервуар 3, а затем посредством поплавкового выключателя 8, который изменяет рабочий режим очистительной установки, если уровень сточных вод в уравнивающем резервуаре 1 понизится ниже минимального уровня 15 или повысится выше рабочего уровня 16. Активационный резервуар 3 снабжен насосом ила 14, присоединенным к компрессору перекачивания ила 12, посредством которого перекачивается избыточный ил в уравнительный резервуар 1 до уровня ила 2 в активационном резервуаре 3. Вторичный отстойник 4 снабжен насосом рециркуляции ила 17, присоединенным к компрессору рециркуляции ила 18, а посредством этого насоса 17 перекачивается ил в активационный резервуар 3.
Сточные воды поступают в уравнивающий резервуар 1 через подвод 5. Этот резервуар 1 служит одновременно для первичного отстаивания и хранения избыточного ила, перекаченного из активационного резервуара 3. При обычном рабочем уровне сточных вод в уравнивающем резервуаре 1 потоки сточных вод перекачивают в активационный резервуар 3. После очистки в активационном резервуаре 3 смесь очищенной воды с активированным илом подают во вторичный отстойник 4, где избыточный ил осаждается в нижней части резервуара 4, а очищенная вода вытекает самотеком из очистительной установки. Осажденный ил постоянно или с перерывами перекачивается насосом рециркуляции ила 17 обратно в активационный резервуар 3. Из уравнивающего резервуара 1 также постоянно перекачивается сырая вода в активационный резервуар 3.
Ограниченная мощность насоса 13 сырой воды помогает достичь условия, когда даже с неравномерной подачей сточных вод в очистительную установку гидравлическая нагрузка активационного резервуара 3, а также отстойника 4 остается равномерной. Таким образом, достигается то, что даже при неравномерном притоке сточных вод активационный резервуар и вторичный отстойник 3, 4 подвержены равномерной гидравлической нагрузке.
При эксплуатации этих малых домовых очистительных установок с неравномерной подачей сточных вод, например в ночные часы, приток сточных вод настолько незначителен, что уровень воды в уравнивающем резервуаре 1 понижается ниже минимального уровня 15. Тогда поплавковый выключатель 8 выключит процесс активации, то есть отключит компрессоры 10, 11 аэрации и выключит насос сырой воды 13, таким образом активационный резервуар 3 отключится. Насос рециркуляции ила 17 отключается вместе с аэрацией, если источник воздуха для насоса рециркуляции ила 17 является общим для аэрации и для насоса 13 сырой воды в очистительной установке с более высокими объемами мощности.
Если насос рециркуляции ила 17 снабжен независимым компрессором и если поток 19 из активационного резервуара 3 к отстойнику 4 проходит непосредственно ниже уровня воды в активационном резервуаре 3, насос рециркуляции ила 17 постоянно работает.
Одновременно или лучше после установленной временной выдержки, в течение которой произойдет осаждение ила на дне активационного резервуара 3, включится насос ила 14, который начнет перекачивать содержимое из активационного резервуара 3 в уравнивающий резервуар 1. Впуск к насосу 14 помещается над дном активационного резервуара 3 на уровне ила 2, то есть на высоте требуемого количества ила после осаждения.
Как правило, этот уровень ила 2 выбирается таким образом, что ил после 40 минут осаждения занимает от 1/4 до 1/3 объема активационного резервуара 3, что соответствует концентрации ила, полученной после размешивания приблизительно 3 кг сухого вещества на 1 куб. м активационной смеси для допускаемого индекса ила непрерывной активации 80. Таким образом, посредством насоса ила 14 перекачивается только ил, превышающий установленный уровень ила 2. Запаздывание включения насоса ила 14 выбирается таким образом, чтобы до откачивания из активационного резервуара 3 произошло осаждение ила на дне этого резервуара 3, потому что в противном случае при частом перекачивании произошло бы понижение необходимого количества ила в результате подачи смеси неосажденного ила с водой. После откачки избыточного ила на уровень впускной части насоса ила 14 далее перекачивается лишь очищенная вода. После повышения уровня воды в уравнивающем резервуаре 1 на рабочий уровень 16, который всегда выбирается выше минимального уровня 15, поплавковый выключатель 8 выключит насос ила 14 и одновременно включит компрессоры аэрации 10, 11 и насосы сырой воды 13 и рециркуляции ила 17.
Уровень сточной воды в уравнивающем резервуаре 1 повышается до рабочего уровня 16 из-за перекачивания определенной порции содержимого активационного резервуара 3 в уравнивающий резервуар 1 или из-за подачи сточной воды в уравнивающий резервуар 1, или, возможно, из-за комбинации указанных выше случаев. Таким образом, система продолжает работать как обычная очистительная установка с непрерывным протеканием вплоть до момента повторного понижения уровня в уравнительном резервуаре 1 ниже установленного минимального уровня 15.
Высоты минимального уровня 15 и рабочего уровня 16 должны быть выбраны из отношения действительного объема потока сточных вод, подаваемого в очистительную установку, к количеству кислорода, растворенного в активационном резервуаре 3, зависящему от мощности компрессоров 10, 11 аэрации и уровня загрязнения сточных вод. Другим требованием может быть денитрификация чистой воды.
Запаздывание включения насоса 14 ила зависит от скорости осаждения ила и глубины активационного резервуара 3. Оно обычно имеет значение от 30 до 90 минут. Очистительная установка без денитрификации воды работает с объектом активационного резервуара 3 и с объемом уравнивающего резервуара 1, обычно равным дневному объему притока сточных вод в очистительную установку. Минимальный уровень 15 выбирается (обычно 0,7 м выше дна уравнивающего резервуара 1) таким, чтобы приостановленная аэрация и последующий выход ила из активационного резервуара 3 происходили приблизительно от одного раза в день до одного раза в неделю. Разница между минимальным уровнем 15 и рабочим уровнем 16 должна иметь небольшое значение, обычно не более 0,2 м с тем, чтобы получить возможно короткий перерыв в активации.
Очистительная установка, в которой необходимо проводить денитрификацию воды, работает с большими объемами уравнивающего резервуара 1 и активационного резервуара 3; эти объемы обычно равны двум средним дневным притокам в очистительную установку. Необходимо обеспечить существенный перерыв времени для подачи сточных вод в активационный резервуар 3 с тем, чтобы получить полную нитрификацию с существенным объемом уравнивающего резервуара 1, имеющимся в это время между минимальным и максимальным уровнями 15 и 16 соответственно для обеспечения перекачивания максимально возможного объема очищенной воды из активационного резервуара 3 в уравнивающий резервуар 1, в котором есть недостаток кислорода, где вода смешивается с сырой водой и затем денитрифицируется. Минимальный уровень 15 затем устанавливается с тем, чтобы приостановить аэрацию, выход ила из активационного резервуара 3 и перекачивание очищенной воды в уравнивающий резервуар 1, по меньшей мере, раз в день.