Патент на изобретение №2270809

(54) УСТАНОВКА КОМБИНИРОВАННОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод, а также ландшафтных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве сел, поселков, туристских комплексов, крупных баз отдыха, при очистке ландшафтных стоков, например, с территории зверохозяйств, обезьяньих питомников, предприятий пищевой промышленности, например рыбозаводов, хозяйств рыборазведения и т.п. Установка комбинированной очистки сточных вод включает фильтрующее самоочищающееся устройство, усреднитель расходов, реагентное хозяйство, осветлитель, биореактор доочистки и устройство для обеззараживания очищенной воды. Осветлитель выполнен в виде адгезатора с восходящим потоком сточных вод и заполнен ершовой насадкой. Биореактор доочистки оснащен ершовой насадкой и эрлифтными нишами, Устройство для обеззараживания выполнено в виде трех ступеней фильтров, заполненных зернистым индивидуальным в каждой ступени катализатором. Первая ступень обеззараживающих фильтров имеет нисходящий поток сточных вод, а вторая и третья – восходящие потоки стоков и систему барботеров. Технический результат: увеличение эффективности удаления из воды примесей, упрощение эксплуатации, снижение объемов емкостных сооружений и эксплуатационных затрат. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод, а также ландшафтных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве сел, поселков, туристских комплексов, крупных баз отдыха, при очистке ландшафтных стоков, например, с территории зверохозяйств, обезьяньих питомников, предприятий пищевой промышленности, например, рыбзаводов, хозяйств рыборазведения и т.д.

Известно использование установок комбинированной (физико-химической, биологической и химической) очистки бытовых сточных вод [1], включающих реагентную обработку стоков коагулянтами и флокулянтами, отстаивание, биологическую доочистку в сооружениях естественной биологической очистки (биопрудах) и обеззараживание очищенной воды хлорированием.

Такие установки занимают большую территорию и не гарантируют высокое качество очищенной сточной жидкости во все периоды года.

Наиболее близкой по набору устройств, комплектующих компактную очистную установку, является установка [2] ФЛОПАК фирмы Дегремон (Франция), которая после отделения механических примесей процеживанием и усреднения расхода сточных вод включает также коагулирование загрязнений, отделение их от воды отстаиванием, биологическую обработку в погружном биофильтре, загруженном гранулами «биолита» – специального материала из обожженной глины, имеющей развитую открытую макропористость. Внесение кислорода в погружном биофильтре осуществляется за счет рециркуляции очищаемой воды и подачей воздуха в надзагрузочное пространство биофильтра. Далее очищенная вода проходит обеззараживание.

В известной установке могут быть модернизированы, с интенсификацией процесса очистки в несколько раз, упрощением эксплуатации, увеличением глубины очистки по таким показателям, как содержание азота аммонийного, БПК, ХПК, такие устройства, как осветлитель, биофильтр и обеззараживающее.

Задача изобретения – увеличение эффективности удаления из воды примесей, упрощение эксплуатации, снижение объемов емкостных сооружений и эксплуатационных затрат.

Поставленная задача решается за счет того, что в известной конструкции устройства отстойник для отделения от сточной жидкости скоагулированных и сфлокулированных примесей выполняется в виде фильтра адгезатора. Адгезия взвесей осуществляется на полимерных ершах в восходящем потоке сточных вод.

Биологическая доочистка сточных вод производится в биореакторе с ершовой насадкой и эрлифтным насыщением очищаемой сточной жидкости кислородом. При этом часть волокон в ершах удерживает нитрифицирующий, а часть денитрифицирующий биоценозы. Обеззараживание очищенной воды производится в фильтрах с каталитической зернистой загрузкой в три ступени. В первой ступени обеззараживающих фильтров движение стоков сверху вниз и в них имеются приспособления для периодической промывки загрузки, во второй и третьей ступенях фильтров движение воды осуществляется снизу вверх при непрерывной подаче воздуха под загрузку через систему барботеров аэрации.

Регламентируются скорости восходящих и нисходящих потоков сточной жидкости во всех устройствах установки в зависимости от состава сточных вод.

Анализ известных технических решений, относящихся к устройствам для очистки сточных вод, в аналогичной комбинации и их взаимном расположении показал, что технических решений, содержащих ту же совокупность существенных признаков, что и в заявляемой установке, не обнаружено.

Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемая установка соответствует критерию «новизна».

Анализ выявленных отличительных от прототипа существенных признаков показал, такие или сходные с ними признаки в известных технических решениях с такой совокупностью размещения и взаимного расположения не обнаружены, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемая установка соответствует критерию «существенные отличия».

Конструкция установки поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен общий вид первого блок-модуля, располагаемого на первом этаже двухэтажной очистной установки, на Фиг.2 изображен общий вид второго блок-модуля, располагаемого на втором этаже очистного комплекса. На Фиг.3 приведена высотная схема движения сточных вод по очистной установке. На Фиг.4 показана схема движения осадков в очистной установке.

Установка комбинированной очистки сточных вод состоит из двух блок-контейнеров. Верхний блок-контейнер – 1 (фиг.2) содержит устройство фильтрующее самоочищающееся (УФС) – 2, контейнер – 3 отбросов, снимаемых с УФС, вермикомпостер 51 для переработки осадков вермикультурой, бак – 4 приготовления и дозирования раствора коагулянта, бак – 5 приготовления и дозирования раствора флокулянта, электрический щит – 6 электроснабжения очистной установки, комнату – 7 для обслуживающего установку оператора, люк – 8 с крышкой для выхода в нижний блок-контейнер – 9 (фиг.1). Блок-контейнер 9 включает емкость усреднителя 10 расходов, насос 11 подачи стоков в колонну 12 (фиг.3) с камерами смешения и хлопьеобразования, имеющую механическую мешалку 13, приводящуюся во вращение электродвигателем 14; колонну осветлителя 15, заполненного ершовой насадкой 16 на каркасе 17, трубу 23 (фиг.4) отвода регенерационной жидкости из осветлителя 15 в резервную емкость 24, расположенную в усреднителе 10, с помощью насоса 11, трубу 18 (фиг.3) перетока очищаемой сточной жидкости из осветлителя 15 в биореактор 19 доочистки сточных вод, снабженный ершовой насадкой 16 на каркасе 17, барботером 20 (фиг.3) аэрации сточной жидкости в эрлифтной нише 21 и барботером 20 регенерации ершовой насадки 16, трубопроводами 22 (фиг.4) отвода регенерационной жидкости из биореактора 19 в резервную емкость 24 с помощью насоса 11 и трубопроводом 25 (фиг.3) отвода очищенной воды в резервуар 26 фильтра первой ступени обеззараживания, заполненный зернистым катализатором 27 (фиг.3) над поддерживающим слой дробленого щебня 28 (фиг.3), под которым уложена колпачковая система трубопроводов 29 (фиг.3) подвода промывной воды в виде водовоздушной смеси с помощью насоса 11 из резервуара 30 (фиг.3) чистой воды с подачей воздуха от рабочей воздуходувки 31, имеющей резерв в виде агрегата 32, по трубопроводу 33 (фиг.3); резервуар 34 фильтра второй ступени, снабженный зернистым катализатором 35 (фиг.3) над перфорированным днищем 36 (фиг.3), по которому проложены барботеры 37 (фиг.3) аэрации, сообщенные с трубопроводом 33 (фиг.3) воздухообеспечения, трубопроводом 38 (фиг.3) подвода сточных вод из резервуара 26 и трубопроводом 39 (фиг.3) отвода обработанной сточной жидкости в резервуар 40 третьей ступени фильтра обеззараживания, сточной жидкости, оснащенной по аналогии с резервуаром 34 фильтра второй ступени, но уже другим зернистым катализатором 41 (фиг.3) над перфорированным днищем 36 (фиг.3) с барботерами аэрации 37 (фиг.3), сообщенными с трубопроводом 33 (фиг.3) воздухообеспечения, трубопроводом 42 (фиг.3) отвода очищенной и обеззараженной сточной жидкости в резервуар 30 (фиг.3) чистой воды, из которого вода может быть направлена по трубопроводу 43 (фиг.3) к насосу 11 на промывку или по трубопроводу 44 (фиг.3) на сброс в ближайший поверхностный водоток или на повторное использование на хозяйственные нужды; иловую площадку 45, сообщенную с резервной емкостью 24 трубопроводом 46 (фиг.4), вакуум-насосом 47 (фиг.4) с помощью воздуховода 48 (фиг.4), с насосом 11 с помощью трубопровода 49 (фиг.4); поддон 50 для выгрузки обезвоженного осадка из иловой площадки 45, смешивания его с отсортированными отбросами из бака контейнера 3 (фиг.1) и опилками и загрузки этой смеси в вермикомпостер 51 (фиг.2, 4).

Установка комбинированной очистки сточных вод работает следующим образом.

Сточная жидкость поступает на УФС 2 в верхний блок-контейнер 1. Стекая по сетке, вода отделяется от примесей крупнее прозоров сетки. Отбросы потоком воды сдвигаются в нижнюю часть и с влажностью около 60% попадают в бак-контейнер 3. Вода после УФС 2 делится на два потока, один из которых направляется в усреднитель 10 расходов сточных вод, расположенный в блок-контейнере 9. Второй поток, смешиваясь с раствором коагулянта из расходного бака 4 и раствором флокулянта из бака 5, поступает в колонну 12, где за счет механической мешалки 13, приводимой во вращение электродвигателем 14, обеспечивается перемешивание стоков с реагентами и хлопьеобразование нерастворимых в воде примесей. Если второй поток стоков становится менее среднечасового по величине, а первого потока при этом вообще не образуется, то с помощью насоса 11 запасенные в усреднителе 10 стоки подкачиваются в колонну 12 с регулированием величины подаваемого расхода за счет байпасного сброса части перекачиваемых стоков назад в усреднитель 10. Из нижней части колонны 12 поток сточных вод перетекает в осветлитель 15, заполненный ершовой насадкой 16, закрепленной на каркасе 17.

Двигаясь по осветлителю 15 вверх, поток сточных вод отделяется от скоагулированных и сфлокулированных взвесей, так как волокна насадки 16 при трении их водой получают наведенный заряд, способствующий адгезии взвесей. По мере накопления взвесей их вынос начинает увеличиваться, и при достижении предельной величины ершовую насадку 16 регенерируют с помощью подачи в осветлитель 15 воздуха через барботеры 21 и переключения всаса насоса 11с усреднителя 10 на трубопровод 23 отвода регенерационных вод из осветлителя 15 в резервную емкость 24. После откачки содержимого осветлителя 15 насос 11 переключается на подачу стоков и процесс их очистки в осветлителе 15 возобновляется. Из осветлителя 15 осветленный сток по трубе перетока 18 поступает в биореактор 19, где циркулирует и по спирали движется к выходному трубопроводу 25. Циркуляция стоков внутри биореактора 19 обеспечивается потоком воздуха от барботера 20, расположенного в эрлифтной нише 21. Эрлифтная ниша 21 отделена зашитым пластиком каркаса 17, удерживающего ершовую насадку 16. Ершовая насадка, обрастая микроорганизмами, содержит два вида сообществ биоценозов. В цилиндрическом объеме ершей периферийные концы волокон хорошо обеспечены кислородом и на них расселяется нитрифицирующий биоценоз. К внутреннему стержню ерша пузырьки воздуха не проникают и там создаются аноксидные условия, что способствует образованию вокруг стержня ерша денитрифицирующего биоценоза. Два вида биоценозов хорошо дополняют друг друга, так как нитрифицирующий биоценоз дает подкисление сточной жидкости, а денитрифицирующий – подщелачивание. Прирост нитрифицирующей биомассы микроорганизмов дает питание при ее отмирании денитрифицирующему биоценозу. При зарастании ершовой насадки 16 избыточной биомассой микроорганизмов и вынесенными из осветлителя 15 взвесями ее регенерируют подачей воздуха через барботер 20, расположенный под ершовой насадкой 16, с одновременной откачкой содержимого биореактора 19 переключением всаса насоса 11 на трубопровод 22 с подачей регенерационной жидкости в резервную емкость 24. Вытекающая из трубопровода 25 сточная жидкость поступает в верхнюю часть резервуара 26 фильтра первой ступени обеззараживания. Зернистая фильтрующая загрузка фильтра первой ступени состоит из катализатора 27, расположенного над поддерживающим слоем дробленого щебня 28, под которым уложена колпачковая система трубопроводов 29 подвода промывной воды в виде водовоздушной смеси от насоса 11, всас которого переключен на резервуар 30 чистой воды. Отмываемый из фильтра первой ступени шлам сбрасывается в усреднитель 10 расходов. Воздух в колпачковую распределительную систему трубопроводов 29 подводится от рабочей воздуходувки 31, имеющей резервный агрегат 32, по трубопроводу 33. Из резервуара 26 фильтра первой ступени по трубопроводу 38 вода отводится в резервуар 24 фильтра второй ступени, загруженного зернистым катализатором 35 над перфорированным днищем 36, по которому уложен барботер 37 аэрации, сообщенный трубопроводом 33 воздухообеспечения резервуара 34 фильтра второй ступени. Далее стоки из резервуара 34 трубопроводом 39 отводятся в резервуар 40 третьей ступени фильтрации, оснащенный по аналогии с резервуаром 34 барботером 37 от трубопровода 33 воздухообеспечения по перфорированному поддону днища 36. Резервуар 40 заполнен зернистым катализатором 41, обеспечивающим последнюю, самую высокую степень обеззараживания очищенной сточной жидкости. Из резервуара 40 очищенная вода по трубопроводу 42 отводится в резервуар 30 чистой воды, из которого по трубопроводу 43 может быть направлена к насосу 11 и использоваться для промывки фильтра первой ступени или по трубопроводу 44 направлена на сброс в ближайший поверхностный водоем или на повторное использование на хозяйственные нужды. Осадки сточных вод после их сгущения в резервуарной емкости 24 по трубопроводу 46 подаются на иловую площадку 45, где обезвоживаются до влажности 82-86% за счет вакуума, создаваемого вакуум-насосом 47 по воздуховоду 48. Фильтрат из поддона иловой площадки 45 периодически удаляется насосом 11 по трубопроводу 49 в усреднитель 10 расходов. Обезвоженный осадок из иловой площадки 45 выгружается в поддон 50 и далее после смешивания с отсортированными отбросами из бака контейнера 3 и опилками загружается в емкость вермикомпостера 51. Переработанный вермикультурой и выдержанный в вермикомпостере в течение одного месяца осадок затаривается в мешки, сертифицируется и направляется в качестве биогумуса на удобрение сельскохозяйственных угодий, клумб цветников, зелено-парковой зоны. Достижение поставленной задачи – интенсификация процесса осветления сточной жидкости, прошедшей реагентную обработку коагулянтом и флокулянтом, в осветлителе за счет заполнения осветлителя активной ершовой насадкой подтверждается простым сравнением скоростей восходящего потока сточной жидкости в вертикальном отстойнике (на уровне 0,1 мм/с) и в осветлителе с ершовой насадкой (до 10 мм/с). При расходе сточных вод 2 м³/ч отстойник должен быть объемом на 1,5 часа времени отстаивания, а осветлитель не более четверти часа, т.е. в 6 раз меньше. Причина интенсификации процесса осветления кроется в том, что коагулянт (положительно заряженные оксиды железа или алюминия) коагулируют отрицательно заряженные взвеси сточной жидкости (частички глины, микроорганизмы и др.) и дают положительный заряд конгломератов. Добавленный отрицательно заряженный флокулянт (например, полиакриламид) дает отрицательно заряженные флоккулы, которые удерживаются в положительно заряженной ершовой насадке. В биореакторе с ершовой насадкой выигрыш в объеме по сравнению с прототипом достигается за счет более высокой пористости ершовой насадки (98-99%), пористость биолита около 40% при вдвое большей у ершей поверхности для удерживания в единице объема биореактора биомассы микроорганизмов. Задействование катализаторов для обеззараживания очищенной воды перекисями, образуемыми за счет активации кислорода воздуха и кислорода, растворенного в воде, при контакте с катализатором позволяет исключить дозирование реагентов (хлора или гипохлорита), либо расходование электроэнергии при УФ обеззараживании со всеми заботами по уходу за лампами ультрафиолетового спектра излучения, что обеспечивает упрощение эксплуатации очистной установки и снижение эксплуатационных затрат. Кроме того, катализаторы наряду с обеззараживанием обеспечивают глубокое окисление органических веществ, нитриты окисляют в нитраты, понижают величину азота аммонийного до следовых значений, что гарантирует более глубокую очистку сточных вод по сравнению с прототипом или любыми другими очистными установками комбинированной очистки сточных вод.

Источники информации:

1. А.Д.Смирнов. Методы физико-химической очистки воды. Аналитический обзор. Выпуск 18. Очистка природных и сточных вод. ВНТИЦ. – М.: 1985. – с.12-14.

2. Г.Н.Луценко, А.И.Цветкова, И.Ш.Свердлов. Физико-химическая очистка городских сточных вод. – М.: Стройиздат, 1984. – c.66.

Формула изобретения

Установка комбинированной очистки сточных вод, включающая устройство фильтрующее самоочищающееся, усреднитель расходов, реагентное хозяйство для коагуляции и флокуляции примесей сточных вод, осветлитель для отделения скоагулированных примесей, биореактор доочистки и устройство для обеззараживания очищенной воды, отличающаяся тем, что осветлитель выполнен в виде адгезатора с восходящим потоком сточных вод, заполненного ершовой насадкой, биореактор доочистки оснащен ершовой насадкой и эрлифтными нишами для рециркуляции стоков через ерши, обросшие биоценозом, в том числе нитрифицирующим, а устройство для обеззараживания выполнено в виде трех ступеней фильтров, заполненных зернистым индивидуальным в каждой ступени катализатором, при этом первая ступень обеззараживающих фильтров имеет нисходящий поток сточных вод, а вторая и третья – восходящие потоки стоков и систему барботеров для непрерывного барботажа воздухом.

РИСУНКИ