Установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод

Полезная модель относится к области биологической очистки бытовых сточных вод, в частности к средствам биологической обработки сточных вод в коммунальном хозяйстве, преимущественно в частном секторе с применением аэробного и анаэробного способа очистки в условиях отсутствия центральной канализации.
Из уровня техники известна станция, которая содержит закрытый отстойник с входным и выходным патрубками. Отстойник разделен перегородками на три камеры: первую, вторую и третью. Камеры отстойника выполнены с отверстиями, через которые протекают сточные воды. На трехкамерном отстойнике жестко закреплен биореактор с загрузкой для доочистки. На дне третьей камеры установлен дренажный насос с таймером. При этом напорный патрубок насоса посредством гибкого шланга соединен с дисковым распылителем, расположенным в биореакторе над загрузкой (Патент РФ №166 595, опубликован 10.12.2016 г.). Недостатком данной станции является низкое качество очистки сточных вод, обусловленное низкой эффективностью работы биореактора и отсутствием выделенной зоны для отстаивания водно-иловой смеси.
Биореактор в данном случае, вследствие его верхнего расположения, не обеспечивает развитие прикрепленной флоры, участвующей в доочистке сточных вод из-за того, что его орошение происходит не постоянно, а по сигналам с таймера. Зародившаяся в процессе эксплуатации биопленка смывается в емкости станции. В период низких температур воздуха, метаболизм оставшейся прикрепленной флоры замедляется практически полностью, также высока вероятность полного ее вымерзания. Напротив, в период с высокими температурами наружного воздуха и при воздействии солнечного излучения на крышку станции биопленка до очередного орошения успевает потерять жизнеспособность вследствие термического воздействия. Пропущенная через биореактор отстоянная вода успевает незначительно обогатиться кислородом воздуха, которого недостаточно для полноценного протекания биохимических процессов в камерах станции. Отсутствие в составе камер выделенной зоны отстаивания водно-иловой смеси делает затруднительным достижение высокой степени очистки сточных вод по причине постоянного движения воды.
Известна установка для биологической очистки бытовых сточных вод (Патент РФ 84839 опубликованный 20.07.2009 г.), содержащая первичный отстойник, биореактор с затопленной загрузкой и аэрирующим устройством, вторичный отстойник, устройство для осуществления рециркуляции активного ила, отличающаяся тем, что содержит дополнительный аэротенк, расположенный между первичным отстойником и биореактором, отдельные функциональные емкости установки соединены последовательно, загрузка биореактора выполнена в виде набора кассет, а отдельный элемент кассеты - в виде перфорированной призмы, устройство для рециркуляции активного ила из вторичного отстойника в первичный выполнено в виде эрлифта, кроме того, первичный отстойник снабжен напорогасителем, а часть перегородки, расположенной ниже входного отверстия во вторичный отстойник, ориентирована наклонно и является направляющей потока.
3
Данная установка наиболее близка к предлагаемой полезной модели. Недостатки ее заключаются в сложности конструкции и больших габаритах (установка производительностью 1 м/сут имеет габариты 1400×1400×2500), как следствие высокой себестоимости. Форма корпуса установки параллелепипед, что дополнительно требует увеличение толщины используемого материала при производстве для обеспечения прочностных характеристик корпуса. Использование в системе аэрации воздушного роторного насоса (компрессора), размещенного в специальном коробе на верхнем перекрытии установки, в зимний период эксплуатации влечет снижение температуры очищаемых сточных вод, что негативно сказывается на биологических процессах. Низкая эффективность загрузки, представляющих собой перфорированные призмы, выполненные в виде кассет, объясняется низкой удельной площадью. Также кассеты из перфорированных призм обладают низкой фильтрующей способностью, что не позволяет в достаточной степени удерживать проскоки активного ила.
Техническим результатом полезной модели является создание установки, предназначенной для длительного периода эксплуатации, обеспечивающей улучшенное качество очистки сточных вод.
Поставленный результат обеспечивается выполнением конструкции корпуса установки, позволяющего монтировать установку в любые типы грунтов без использования опалубки и песчано-цементной смеси, а также позволяющего улучшить качество очистки сточных вод за счет применения эжекторной аэрации в двух емкостях, а также за счет применения отдельно выделенной зоны под отстойник водно-иловой смеси.
Схема установки показана на фигуре 1, на которой отмечены следующие позиции:
I - Приемная камера
II - Камера аэрации
III - Камера с биореактором
IV - Отстойник
V - Зона стабилизации ила
1. Корпус
2. Грунтозацепы
3. Горловина
4. Крышка
5. Вентиляционное устройство
6. Переливные отверстия
7. Мусорозадерживатель
8. Успокоитель
9. Биореактор
10. Насос
11. Эжекторный аэратор
12. Форсунки аэратора
13. Вырез
14. Наклонная отсечка
15. Подводящий патрубок
16. Отводящий патрубок
17. Блок электрических розеток
18. Воздухозаборник
19. Делитель потока
20. Таймер
Установка содержит цилиндрический корпус закрытого типа, усиленный по всей высоте ребрами жесткости, дополнительно сваренными с выступающими за пределы контура установки верхней плоскостью и дном. Корпус имеет входной и выходной патрубки и разделен внутри на 4 камеры: I - приемная, II - камера аэрации с выделенной зоной стабилизации ила V, III - камера с биореактором, IV - отстойник. Обслуживание и контроль работы установки осуществляется через крышку, устроенную в верхней части корпуса, предоставляющую доступ ко всем камерам и оборудованию.
Принцип работы основан на самотечном режиме прохождения сточных вод по всем камерам установки через переливные устройства, а должная степень очистки обеспечивается за счет применения прерывистой аэрации с созданием аэробных и анаэробных условий; прохождения осветленных в камерах I и II сточных вод через биореактор, а также за счет рециркуляции активного ила, применения свободноплавающего активного ила и прикрепленной микрофлоры. Аэрация осуществляется во II и III камерах (камере аэрации и камере с биореактором) посредством встроенного в камеру с биореактором насоса в связке с эжекторными аэраторами. Данная связка работает по таймеру, обеспечивая чередование аэробных и анаэробных условий и связанных с этим протекание процессов окисления, нитрификации, денитрификации и биологической дефосфатации, а также обеспечивая рециркуляцию активного ила, тем самым поддерживая жизнедеятельность биоценоза в период отсутствия поступлений сточных вод.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что установка представляет собой корпус (1), имеющий форму, приближенную к цилиндру и изготовленный из полипропилена толщиной 8-15 мм в зависимости от предполагаемой производительности, имеющую один вертикальный сварной шов, выполненный методом стыковой сварки на сварочном станке. Выполненный таким методом шов является самым прочным относительно других методов и полностью исключает влияние человеческого фактора на качество выполненных работ. Соединение дна и крышки с корпусом представляет собой тавровое сварное соединение, выполненное снаружи преимущественно с использованием ручного экструдера, а внутренний шов выполнен преимущественно с помощью строительного фена. Образующие дно и верхнее перекрытие установки листы полипропилена толщиной от 8 до 20 мм, имеют прямоугольную форму, углы выступают за габариты цилиндрического корпуса, тем самым выполняя функции грунтозацепов (2). Данное техническое решение служит для предотвращения всплывания установки в условиях высокого уровня грунтовых вод. С внешней стороны корпуса, на всю высоту, а также к выступающим углам дна и верхнего перекрытия, приварены, по меньшей мере, четыре вертикальные полипропиленовые полосы шириной 80-120 мм и толщиной 8-15 мм. Данные полосы выполняют функцию ребер жесткости корпуса (на схеме не показаны), а также усиливают сварные швы между стенкой корпуса установки, дном и верхним перекрытием. К верхнему перекрытию установки, преимущественно методом ручной экструдерной сварки, крепится горловина (3) с крышкой (4), выполненные преимущественно из полипропилена с добавками УФ-стабилизации, зеленого (изумрудного) цвета, толщиной 8-15 мм. Горловина (3) с крышкой (4) служат для беспрепятственного доступа к внутренним камерам для сервисного обслуживания. На верхней поверхности крышки сварным методом крепится вентиляционное устройство (5) в виде «грибка», обеспечивающее вентиляцию и приток воздуха. К внутренней поверхности горловины приварен короб (17) с распаечной коробкой и блоком розеток для подключения электропитания насосов. Питание на розетку, к которой подключается насос (10), подается через таймер (20), расположенный преимущественно в помещении или вынесенном герметичном шкафу в непосредственной близости от установки. Вышеуказанные технические решения, используемые при производстве корпуса установки, позволяют добиться:
низкой себестоимости;
3
небольшого веса готовых изделий. Установка производительностью 1 м/сут. (весит 123 кг), что позволяет выполнить монтаж без применения спецтехники;
возможности производства монтажа в любой тип грунта, при любом уровне грунтовых вод, при этом, исключается применение плит основания (фундаментов) и песчано-цементной смеси при обсыпке;
возможности осуществлять перевозку в горизонтальном положении методом штабелирования, что значительно уменьшает стоимость транспортировки.
Емкость предлагаемой установки разделена внутри перегородками на четыре камеры, каждая из которых несет свое функциональной назначение в технологической линии очистки сточных вод. Камеры связаны между собой переливными отверстиями (6), при этом переливное отверстие из приемной камеры (I) в камеру аэрации (II) с выделенной зоной стабилизации ила (V) и переливное отверстие из камеры аэрации (II) в камеру с биореактором (III) снабжены мусорозадержателем (7), нижний край которого в камере (II) перед переливом в камеру (III) находится на уровне не менее 2/3 высоты рабочего объема от дна установки; переливное отверстие из третьей камеры в отстойник (IV) снабжено как мусорозадержателем (7), так и успокоителем (8), при этом нижние входное и выходное отверстия успокоителя (8) расположены на уровне не менее 1/4 высоты рабочего объема от дна установки. В третьей камере содержится погружной биореактор (9), представляющий собой полимерную загрузку с высокой удельной площадью поверхности и большим свободным объемом, позволяющий обеспечивать максимальный контакт обрабатываемых сточных вод с прикрепленной флорой, а также выполняющий функции механического фильтра, задерживая проскоки активного ила. Основным назначением загрузки является адсорбция на поверхности колоний различных микроорганизмов - иммобилизованной (прикрепленной) микрофлоры. Очистка сточных вод в биореакторе (9) происходит путем фильтрации стоков через загрузку, на которой адсорбируется биоценоз в виде пленки толщиной до 0,5-1,2 мм. Прикрепленная флора использует биогенные загрязнения в качестве питательного субстрата, значительно повышая эффективность процессов окисления и минерализации. Подаваемый посредством эжекторной аэрации воздух непосредственно под погружной биореактор, способствует развитию и жизнедеятельности биоценоза прикрепленной микрофлоры. Загрузка биореактора размещена в быстросъемном каркасе, выполненном из полимерных материалов, преимущественно из полипропилена. Также третья камера содержит погружной насос (10), осуществляющий циркуляцию сточных вод с цикличностью, задаваемой таймером (20)
В предлагаемой полезной модели задействован принцип эжекторной аэрации. Конструкция эжекторного аэратора (11) представляет собой напорную магистраль (трубопровод обвязки насоса) как минимум с одним делителем потока (19) и вмонтированными воздухозаборниками (18), за которыми при прохождении потока водно-иловой смеси возникает зона пониженного давления, вследствие чего осуществляется подсос воздуха. Разделение в данном случае происходит на 2 потока, а общее количество потоков может быть большим и зависит от производительности и напора установленного насосного агрегата. Водно-воздушная смесь через форсунки аэраторов (12) подается в камеру с биореактором (III) и камеру аэрации (II) установки. При этом форсунка аэратора (12) камеры (III) располагается в придонном слое и помимо аэрации выполняет функцию взмучивания осадка, а форсунка (12) камеры аэрации (II) расположена в 40-60 см от дна, тем самым создается зона стабилизации ила (V). Конструктивно форсунка камеры (II) представляет собой тройник (соединительный фитинг), обеспечивающий распределение в 2 стороны факелов водно-воздушной смеси, что делает более эффективным процесс аэрации камеры (II). Для исключения разницы в производительности струйных аэраторов, возникающей по причине расположения сопл на разных уровнях, проходной диаметр сопла, находящего выше (в данном случае в камере (II) выполняется из тройника с меньшим проходным диаметром, чем сопло, располагающееся на более низком уровне, в данном случае в камере (III). Уменьшение проходного диаметра тройника, выполняющего функцию форсунки аэратора (12) камеры (II), влечет за собой увеличение давления на участке напорной магистрали в камере (II), тем самым выравнивания производительность струйных аэраторов в камерах (II) и (III). Насос (10) установлен на дне третей камеры (III) в непосредственной близости от выреза (13) в перегородке между третей камерой (III) и отстойником (IV), точно напротив наклонной отсечки (14), что позволяет ускорять процесс перекачивания отстоявшегося ила, так как во время срабатывания насос (10) подтягивает ил, осевший на наклонной отсечке (14) камеры отстаивания воды (IV) за счет возникающего при всасывании воды течения. Включение и выключение насоса (10) происходит по сигналам с таймера (20).
Наряду со свободно плавающим активным илом, развивающимся во второй камере в установке задействована иммобилизованная (прикрепленная) микрофлора, развивающаяся на загрузке биореактора (9). Очистка сточных вод в биореакторе происходит путем фильтрации стоков через загрузку, на которой адсорбируется биоценоз в виде пленки толщиной до 0,5-1,2 мм. Прикрепленная флора использует биогенные загрязнения в качестве питательного субстрата, значительно повышая эффективность процессов окисления и минерализации. Подаваемый посредством эжекторной аэрации воздух непосредственно под погружной биореактор, способствует развитию и жизнедеятельности биоценоза прикрепленной микрофлоры, значительно увеличивая эффективность биореактора (9).
Применение полноценной камеры отстаивания (IV) очищенной воды, наряду с протекающими процессами биологической очистки, способствуют более эффективному разделению водно-иловой смеси и достижению, как следствие, повышения качества очистки сточных вод.
Установка работает следующим образом: сточные воды поступают в установку через подводящий патрубок (15) и через переливные отверстия (6) проходят последовательно по всей установке через все ее камеры: приемную (I), аэрации (II), камеру с погружным биореактором (III) и камеру отстаивания воды (IV).
2
По заданному таймером (20) алгоритму - 15 мин работы насоса - активная фаза, 45 мин - фаза покоя, насос (10) подает воду с илом из придонных слоев камеры (III), а также через вырез (13) из камеры (IV) в напорную магистраль аэратора (11). В верхней части напорной магистрали происходит разделение потока на делителе (19) (в данном случае соединительный фитинг - тройник). Разделение в данном случае происходит на 2 потока, а общее количество потоков может быть большим и зависит от производительности и напора установленного насосного агрегата. При прохождении потока перекачиваемой водно-иловой смеси через отвод 90°, направляющим магистраль трубопровода вниз, за вмонтированным воздухозаборником, создается зона пониженного давления, благодаря чему происходит подсос воздуха. Далее, в трубопроводах происходит смешение водно-иловой смеси с воздухом и подача смеси через форсунки (12) в придонные слои емкости (III) и средние слои емкости (II). Данным решением реализован принцип классической эжекторной аэрации. Заданные таймером (20) режимы работы насоса (10) обеспечивают протекание аэробных, анаэробных и аноксидных процессов. При срабатывании таймера (20), в течение 15 мин водно-иловая смесь с большим количеством воздуха посредством насоса подается в камеру (II) и камеру (III), где размещен погружной биореактор. Концентрация растворенного кислорода в аэрируемых емкостях к концу активной фазы достигает 5-7 мл О/л. Форсунки (12) струйных аэраторов, расположенные в придонной части камеры (III) и в 40-60 см от дна камеры аэрации (II), обеспечивают для развития активного ила и прикрепленной флоры (биопленки) биореактора (9) оптимальный кислородный режим. Благодаря расположению форсунки аэратора (12) в камере аэрации (II) на расстоянии 40-60 см от дна создается зона (V) для стабилизации отработанного активного ила. Данного объема для стабилизации старого активного ила хватает на обеспечение межсервисного интервала сроком не менее чем 1 год, при соблюдении условий и правил эксплуатации, описанных в техническом Паспорте на изделие. Периодическая аэрация в камере (II) создает условия, предотвращающие развитие анаэробных процессов в отложившемся слое ила в зоне (V). Кроме того, за счет создаваемого течения форсункой (12) струйного аэратора происходит перемешивание донного осадка в камере (III), что исключает слеживание и загнивание ила. Периодическое перекачивание водно-иловой смеси из придонных слоев камеры (III) в периоды активных фаз работы установки, делает возможным удалять из этой камеры старый активный ил с последующей его концентрацией в зоне стабилизации ила (V) камеры (II).
Во время фазы покоя (45 мин) происходит снижение концентрации растворенного кислорода, что обеспечивает протекание процессов денитрификации и биологической дефосфатации.
Циркуляция водно-иловой смеси посредством насоса (10) осуществляется во всех камерах, кроме первой (I) камеры, выполняющей функции первичного отстойника с протекающими в нем анаэробными процессами, а из камеры отстаивания (IV) осуществляется только забор придонных слоев с отстоявшимся илом.
Очищенная и отстоянная в отстойнике вода самотеком отводится за пределы установки через отводящий патрубок
Существует вариант полезной модели, где установка содержит емкость (на схеме не обозначена) с дренажным насосом, оборудованным датчиком уровня, которая закреплена в четвертой камере отстаивания воды 4. Питание на дренажный насос подается через блок с розетками. Очищенная вода в этом случае при помощи дренажного насоса (на схеме не обозначен) автоматически удаляется из установки по мере наполнения емкости. Емкость закреплена на стенке отстойника 4 в нижней части ее при помощи г-образного фиксатора и в верхней части ее при помощи пластиковых болтов с пластиковыми гайками. Сообщена емкость с четвертой камерой отстаивания воды 4 посредством трубчатого перелива (на схеме не обозначен).