Установка для биологической очистки сточных вод

Полезная модель относится к области биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, близких по составу к хозяйственно-бытовым сточным водам, с использованием активного ила.
Из уровня техники (патент Российской Федерации №97362 на полезную модель «УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ»), известна установка для очистки воды, содержащая корпус, в котором находятся разделенные перегородками приемная камера, аэротенк, вторичный отстойник и стабилизатор ила, а также подключенная к блоку управления и подключенная по крайней мере к одному компрессору через электромагнитный клапан система аэрации, состоящая из подсистемы турборежима, подсистемы прямой фазы очистки и подсистемы обратной фазы очистки, причем подсистема турборежима включает турбораспределитель воздуха, главный насос с фильтром крупных фракций, воздухопровод главного насоса, воздухопровод продувки главного насоса в приемной камере, а также насос-циркулятор аэротенка с воздухопроводом насоса-циркулятора; подсистема прямой фазы очистки включает распределитель воздуха, воздухопровод внешней аэрации фильтра крупных фракций и аэратор аэротенка с воздухопроводом; а подсистема обратной фазы очистки включает распределитель воздуха, аэратор приемной камеры с воздухопроводом, насос-рециркулятораэротенка с воздухопроводом, насос стабилизатора ила с воздухопроводом, насос вторичного отстойника с воздухопроводом, а также воздухопровод продувки вторичного отстойника; при этом во вторичном отстойнике размещены успокоитель потока и форсунка продувки. Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.
Недостатком этой установки является сложное и высокое по стоимости производство корпуса, выявленная в процессе эксплуатации неустойчивая работа вторичного отстойника, и сложности в производстве сервисного обслуживания и ремонта.
Неустойчивая работа вторичного отстойника установки, принятой в качестве ближайшего аналога, заключается в выносе избыточного активного ила, происходящего по причине нарушений инструкции по эксплуатации установки, а именно задержек в выполнении сервисного обслуживания и значительного превышения концентраций не рекомендованных к сбросу в канализацию веществ, в особенности ПАВ, нефтепродуктов, регенерационных вод, биологически не разлагаемых веществ и различных химикатов, оказывающих негативное воздействие на биоценоз, после которого происходит частичное или полное отмирание последнего, всплытие и вынос. В предлагаемом техническом решении вероятность отмирания и всплытия активного ила сведена к минимуму вследствие увеличения объема вторичного отстойника (происходит большее разбавление вредных для биоценоза веществ) и благодаря вертикальным стенкам ускоренного процесса разделения водно-иловой смеси, что непосредственно сказывается на качестве очистки сточных вод. Сложности в выполнении сервисных и ремонтных работ в установке, взятой в качестве аналога, заключаются в ограниченном пространстве для доступа к внутренним частям установки из-за жесткого крепления компрессорного короба и наличия в большинстве моделей распорок. Данные конструктивные особенности, которые полностью исключены в предлагаемой полезной модели, не позволяли качественно и в полной мере осуществлять работы внутри установки.
Технической задачей, для решения которой предназначена предлагаемая полезная модель, является разработка и создание установки для биологической очистки сточных вод, обладающей простой, не сложной в производстве и эксплуатации, компактной конструкцией с высоким сроком эксплуатации и улучшенными характеристиками очистки сточных вод, что является техническим результатом предлагаемой установки.
Достижение указанного технического результата обеспечивается модернизированной конструкцией корпуса установки и оптимизацией внутренних конструктивных решений. Корпус предлагаемой установки представляет собой цилиндрическую емкость (1), изготовленную из полипропилена толщиной 8-15 мм, в зависимости от предполагаемой производительности, имеющую один вертикальный сварной шов, выполненный на сварочном станке методом стыковой сварки. Полученный таким методом шов является самым прочным, относительно других методов. Соединение дна и крышки с корпусом представляет собой тавровое сварное соединение, выполненное предпочтительно ручным способом (внутренний сварной шов выполнен с использованием ручного строительного фена, наружный - ручного экструдера). Листы полипропилена, толщиной от 8 до 20 мм (в зависимости от предполагаемой производительности), образующие дно и верхнее перекрытие установки имеют прямоугольную форму, углы которых выступают за габариты цилиндрического корпуса, тем самым выполняя функции грунтозацепа для предотвращения всплытия установки в условиях высокого уровня грунтовых вод. С внешней стороны корпуса, на всю высоту, а также к выступающим углам листа полипропилена образующий дно и верхнее перекрытие, приварены, с применением ручного экструдера, по меньшей мере четыре вертикальные полипропиленовые полосы шириной 70-120 мм и толщиной 8-15 мм, выполняющие функцию ребер жесткости корпуса и усиления шва между стенкой корпуса установки, дном и верхним перекрытием.
За счет снижения влияния человеческого фактора на качество выполнения сварочных работ при производстве корпуса, повышается прочность изделия точность изготовления, а также значительно снижается его себестоимость. Применение вышеуказанных технических решений при производстве корпуса установки полностью исключает потребность в дополнительных элементах для повышения прочностных характеристик, таких как дополнительные ребра жесткости и внутренние распорки. Повышенная прочность установки, в свою очередь, увеличивает срок ее эксплуатации.
Емкость предлагаемой установки разделена перегородками на четыре отсека: приемную камеру (2), аэротенк (3), вторичный отстойник (4) и стабилизатор ила (5). В состав установки также входят блок управления (6), компрессор (7) и подключенная к нему через электромагнитный клапан (8) система аэрации. Блок управления (6), компрессор (7), электромагнитный клапан (8), а также розетка питания для оборудования 220 V размещены в съемном компрессорном коробе внутри установки, служащим для размещения вышеуказанного электрооборудования и максимальной защиты последнего от воздействия влаги. Короб крепится на Г-образных направляющих, жестко приваренных к горловине установки. Преимуществом съемного компрессорного короба является возможность извлекать его из установки, обеспечивая свободный доступ к отсекам установки при обслуживании или замене оборудования.
Система аэрации включает три подсистемы: подсистему турбо-режима, подсистему прямой фазы очистки и подсистему обратной фазы очистки.
В состав подсистемы турборежима входят турбораспределитель воздуха (9), главный насос (10) с фильтром крупных фракций (11), воздухопровод главного насоса (12), воздухопровод продувки главного насоса в приемной камере (13), а также насос-циркулятора эротенка (14) с воздухопроводом насоса-циркулятора (15).
Подсистема прямой фазы очистки включает распределитель прямой фазы воздуха (16), воздухопровод внешней аэрации (17) фильтра крупных фракций (11) и аэратор аэротенка (18) с воздухопроводом (19).
В состав подсистемы обратной фазы очистки входят распределитель воздуха (20), аэратор приемной камеры (21) с воздухопроводом (22), насос-рециркулятор (23) с воздухопроводом (24), иловый насос (25) с воздухопроводом (26), жироудалитель (27) вторичного отстойника (4) с воздухопроводом (28), а также воздухопровод (29) продувки вторичного отстойника.
В ближайшем аналоге установки вторичный отстойник выполнен в форме перевернутой усеченной пирамиды, вторичный отстойник (4) модернизированной конструкции выполнен без наклонных стенок - таким образом ил оседает и перемещается по наклонной (от 30° до 35°) плоскости (отсечке) (37) через вырез в стенке (36) на дно быстрее, тем самым быстрее происходит возврат его в аэротенк (3). Угол наклона отсечки (37) от 30 до 35 градусов необходим для ускоренного перемещения осевшего активного ила, при этом такое размещение плоскости отсечки значительно экономит полезный объем вторичного отстойника. Отсечка жестко приваривается к стенке корпуса, стенке соседнего отсека и дну установки, перекрывая больше 85-90% площади вторичного отстойника, обеспечивая скатывание ила непосредственно к вырезу в стенке (36) с аэротенком (3). Перекачиванию скатившегося к вырезу в стенке (36) ила в аэротенк (3) способствует создаваемое работающим аэратором (18) вертикальное перемещение (течение) водно-иловых масс. Кроме того, за счет применения вертикальных стенок, рабочий объем вторичного отстойника предлагаемой конструкции больше, чем в ближайшем аналоге, что позволяет более качественно провести разделение водно-иловой смеси. Данное исполнение вторичного отстойника позволяет достичь второго технического результата, а именно - улучшения характеристик очистки сточных вод. Во вторичном отстойнике (4) также размещены: успокоитель (30) потока и продувка вторичного отстойника (31). В приемной камере (2) расположены поплавковый датчик уровня рабочий (32) и поплавковый датчик уровня аварийный (33).
Длина выреза в нижней части стенки между аэротенком (3) и вторичным отстойником (4) составляет не менее 80% ширины стенки. Приведенная длина выреза обусловлена необходимостью исключения задержания прохода осевшего активного ила и создания застойных зон. При этом оставшиеся 20% ширины стенки, жестко приваренные к основанию корпуса, дну, а в центре установки к стенкам соседних отсеков обеспечивают на данном участке сохранение прочностных характеристик корпуса установки.
Установка комплектуется утепленной крышкой (41) изготовленной преимущественно из листового интегрального полипропилена толщиной 12-15 мм. Крышка крепится к горловине двумя подвижными осями преимущественно из нержавеющей стали, закрепленными нержавеющими гайками и шайбами. В качестве утеплителя крышки используется преимущественно техническая теплоизоляция из экструдированного пенополистирола толщиной 8-20 мм, закрепленный на ее внутреннюю поверхность пластиковыми клипсами. Толщина применяемого утеплителя зависит от природно-климатических условий в месте монтажа установки. Крышка (41) оснащена вентиляционным устройством (43), обеспечивающим приток воздуха в установку, необходимый для нормальной работы компрессора (7) и фонарем аварийной сигнализации (42) (строб-лампа). Вентиляционное устройство (43) крепится, преимущественно методом приваривания к крышке (41) непосредственно над компрессорным коробом установки. Световая аварийная сигнализация (строб-лампа) устанавливается на крышку по центральной оси напротив вентиляционного устройства (43) и крепится к крышке двумя саморезами из нержавеющей стали. Аварийная сигнализация строб-лампа работает по сигналу от аварийного датчика уровня (33). Электрокабель от аварийной сигнализации заводится в компрессорный короб через гермоввод PG7 (38). Электрокабели поплавкового датчика уровня рабочего (32) и поплавкового датчика уровня аварийного (33) заводятся в компрессорный короб через гермовводы PG9 (39) и подключаются к блоку управления (6). Компрессор (7) подключен к электрической сети через накладную розетку (40), входящую в блок управления (6). Электрическая сеть подводится к установке через уголок с гермовводом (например, гусак ∅20) (44).
Установка для биологической очистки сточных вод может быть оборудована емкостью очищенной воды (34) с дренажным насосом (35) для принудительного отведения очищенной воды в точку сброса.
Устройство установки для биологической очистки воды поясняется чертежом, представленным на фигурах 1 и 2.
Позициями на чертеже обозначены следующие узлы и детали установки:
1 - корпус установки;
2 - приемная камера;
3 - аэротенк;
4 - вторичный отстойник;
5 - стабилизатор ила;
6 - блок управления;
7 - компрессор;
8 - электромагнитный клапан;
9 - турбораспределитель;
10 - главный насос;
11 - фильтр крупных фракций;
12 - воздухопровод главного насоса;
13 - воздухопровод продувки насоса;
14 - насос-циркулятор;
15 - воздухопровод циркулятора;
16 - распределитель прямой фазы;
17 - воздухопровод фильтра крупных фракций;
18 - аэратор аэротенка;
19 - воздухопровод аэратора аэротенка;
20 - распределитель обратной фазы;
21 - аэратора приемной камеры;
22 - воздухопровод аэратора приемной камеры;
23 - насос-рециркулятор;
24 - воздухопровод рециркулятора;
25 - иловый насос;
26 - воздухопровод илового насоса;
27 - жироудалитель;
28 - воздухопровод жироудалителя;
29 - воздухопроводом продувки вторичного отстойника;
30 - успокоитель;
31 - продувка вторичного отстойника;
32 - поплавковый датчик уровня рабочий;
33 - поплавковый датчик уровня аварийный;
34 - емкость чистой воды;
35 - дренажный насос;
36 - стенка с нижним вырезом;
37 - наклонная плоскость (отсечка);
38 - гермоввод PG7;
39 - гермоввод PG9;
40 - розетка;
41 - крышка;
42 - аварийная сигнализация (строб-лампа);
43 - вентиляционное устройство;
44 - уголок с гермовводом (гусак ∅20);
45 - заглушка насоса илового стабилизатора.
Установка для биологической очистки воды работает следующим образом. Сточные воды, преимущественно хозяйственно-бытовые, поступают в приемную камеру (2), где с помощью фильтра крупных фракций (11) отделяются крупные фракции загрязнений (крупный мусор, плавающие вещества). Приемная камера 2 позволят принять залповый сброс сточных вод и усреднить их по составу, не нарушая режим работы остальных отсеков установки. В приемной камере (2) начинается биологическая очистка стоков с помощью активного ила, поступающего во время обратной фазы из стабилизатора ила (5), и воздуха, поступающего через аэратор приемной камеры (21) и воздуховода (22). Уровень сточных вод в приемной камере 2 отслеживается с помощью поплавковых датчиков уровня: рабочего (32) и аварийного (33). Периодически для очистки от возможных загрязнений, главного насоса (10) и фильтра крупных фракций (11), используется продувка через воздухопроводы (12) и (13) соответственно. Подача воздуха во все отсеки установки осуществляется при помощи компрессора (7).
Из приемной камеры (2) сточные воды с помощью главного насоса (10) поступают в аэротенк (3), в котором происходит интенсивная биологическая очистка с помощью активного ила. Аэротенк (3) попеременно работает в двух режимах, которые задаются блоком управления (6), переключая электромагнитный клапан (8). В первом режиме (нитрификации) сточные воды интенсивно перемешиваются и насыщаются кислородом воздуха с помощью воздухопровода (22) и аэратора (21) приемной камеры. При этом работает распределитель прямой фазы (16) воздуха. Во втором режиме (денитрификации) подача воздуха и перемешивание прекращается, осевший ил перекачивается в стабилизатор ила (5) насосом-рециркулятора (23), воздух в который подается воздухопроводом (24).
Из аэротенка (3) смесь очищенной воды и активного ила посредством насоса-циркулятора (14) и воздуховода (15) через успокоитель (30) потока поступает во вторичный отстойник (4), где происходит гравитационное разделение воды и активного ила. Активный ил под действием силы гравитации осаждается в нижнюю часть вторичного отстойника (4) и скатывается по наклонной плоскости (37) к границе с аэротенком и в большей части попадая в последний через вырез в стенке (36) под воздействием напора, создаваемого скатывающимся илом. Перемещению ила в аэротенк (3) также способствует восходящее течение, создаваемое аэратором (18). Жировую пленку, плавающую на поверхности во вторичном отстойнике (4), удаляется жироудалителем (27) во время обратной фазы при помощи подачи в него воздуха по воздухопроводу жироудалителя (28). Очищенная и осветленная вода из вторичного отстойника (4) отводится самотеком за пределы установки или поступает в емкость чистой воды (34), откуда очищенная вода дальше откачивается дренажным насосом (35) в точку сброса.
Избыточный активный ил из аэротенка (3) откачивается насосом циркулятором (14) в стабилизатор ила (5). К насосу-циркулятору (14) подается воздух по воздухопроводу циркулятора (15).
Во время работы обратной фазы воздух подается через воздухопровод (29) к продувке вторичного отстойника (31), что обеспечивает направление потока жидкости в сторону жироудалителя (27). Также в обратной фазе воздух подается по воздухопроводу (26) в насос илового стабилизатора (25) (возможен вариант с аэратором вместо насоса).
Насос илового стабилизатора (25), служащий для продувки илового стабилизатора (насыщает отсек кислородом воздуха), выполнен с заглушкой (45). Длина гибкого шланга илового насоса рассчитана с учетом возможности, выведения его за пределы установки для выполнения сервисных работ по откачке избыточного активного ила без применения дополнительного насосного оборудования или ассенизаторской машины. Откачка избыточного активного ила в полуавтоматическом режиме за пределы установки происходит при работе установки в прямой фазе и снятии с насоса (25) заглушки (45).
Турбораспределитель (9) работает независимо от включения электромагнитного клапана (8). Он предназначен для распределения воздуха на воздухопровод (24) насоса-рециркулятора (23) аэротенка (3), воздухопровод (12) главного насоса (10) приемной камеры (2), воздухопровод продувки насоса (13) приемной камеры (2).
В случае прекращения поступления сточных вод в установку, происходит переключение режима и работа установки осуществляется с постоянной рециркуляцией сточных вод. Когда главный насос (10) откачивает воду из приемной камеры (2) до минимально допустимого уровня, блок управления (6) переключает электромагнитный клапан (8) в режим обратной фазы очистки - начинает работу распределитель обратной фазы (20). В случае, когда необходимо принудительное отведение в точку сброса очищенной воды, в установку над приемной камерой устанавливается емкость чистой воды (34) с дренажным насосом (35), который и осуществляет принудительное отведение.