Патент на изобретение №2344089

(54) УСТРОЙСТВО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

(57) Реферат:

Изобретение касается биологической очистки стоков активным илом и предназначено для использования как локальных очистных сооружений в коттеджах, отдельно стоящих домах или группах домов, придорожных предприятиях общепита. Изобретение касается устройства биологической очистки сточных вод, содержащего объединенные в одном корпусе аэротенк и регенератор ила, при этом в аэротенке расположен регенератор ила, выполненный в виде вертикально ориентированной винтообразно закрученной трубы с верхней горловиной, расположенной выше рабочего уровня воды, и нижней горловиной, не касающейся дна корпуса. Расположение регенератора ила в аэротенке приводит к отсутствию необходимости иметь отдельный резервуар с эрлифтами и перетоками для регенерации ила, к возможности осуществлять регенерацию-стабилизацию ила в режиме противотока со свободным и непрерывным отводом загрязненной воды. Выполнение регенератора в виде вертикально ориентированной винтообразно закрученной трубы приводит к повышению эффективности устройства за счет удлинения траектории прохождения стоков, а также за счет реализации режима вытеснения. 2 ил.

Устройство для биологической очистки сточных вод относится к биологической очистке стоков активным илом и предназначено для использования как локальных очистных сооружений в коттеджах, отдельно стоящих домах или группах домов, придорожных предприятиях общепита.

В целом, подобные устройства представляет собой аэротенк, то есть аэрируемый резервуар, в котором происходит окисление и деструкция загрязнений сточных вод методом активного ила, когда в роли деструкторов выступают сообщества микроорганизмов, существующих и размножающихся в стоках в определенных диапазонах температуры, концентрации растворенного в воде кислорода и т.д. Обеспечение условий, при которых их деятельность осуществляется с максимальной полнотой и эффективностью, – есть цель создания подобных установок.

Известно устройство очистки сточных вод по патенту RU 2201405 от 2002.02.21, опубликованному 2003.03.27, 7 C02F 3/02, “СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ”, которое снабжено корпусом с крышкой для размещения уравнивающего и активационного резервуаров, в которых установлен датчик уровня, а боковые стенки каждого из резервуаров соединены стойками жесткости, при этом устройство дополнительно снабжено расположенными в конусе аэрационной камерой с пористым фильтром и камерой стабилизации активного ила. Отстойник установлен в активационном резервуаре и выполнен в виде усеченной пирамиды, меньшее основание которой обращено вниз, и снабжен выпускным соплом, снабженным успокоительным отбойником и прикрытым снизу защитным козырьком. Успокоительный отбойник и козырек расположены над аэратором активационного резервуара, снабженного биологической загрузкой и соединенного с отстойником, имеющим успокоитель эрлифт и насос рециркуляции ила в камеру стабилизации ила, снабженную крупнопузырчатым аэратором и переливным трубопроводом для отвода избытка воды и ила в уравнивающий резервуар, а отстойник снабжен крупнопузырчатым аэратором для разбавления биологической пленки, удаляемой эрлифтом, а также переливным трубопроводом для выпуска очищенной воды в камеру с пористым фильтром, снабженную аэратором, насосом для перекачки очищенной воды в резервуар-ливневку – переливным трубопроводом, соединенным с накопителем, установленным в уравнивающем резервуаре и снабженным эрлифтом для перекачки воды из накопителя в уравнивающий резервуар, а в уравнивающем резервуаре насос для перекачки сырой воды в активационный резервуар заключен в фильтр очистки грубых нечистот.

Данное устройство не может считаться высокоэффективными из-за большого количества перетоков, выполненных в виде эрлифтов, сложного переменного алгоритма работы, подразумевающего наличие электронных схем и высокочувствительных датчиков уровня, что снижает надежность работы устройства.

Известно устройство для очистки сточных вод по патенту RU 2220112 от 2003.01.21, опубликованному 2003.12.27, 7 C02F 3/02, “СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ”, включающее корпус с крышкой, в котором размещены уравнивающий резервуар с активным илом, пусковым датчиком, подводом сточных вод, насосом в трубчатом фильтре для перекачки сырой воды в снабженный биологической загрузкой активационный резервуар, с отключающим работу устройства датчиком, насосом для перекачки ила и отстойником, камеру с пористым фильтром и с насосом для перекачки очищенной воды в резервуар-ливневку, камеру стабилизации ила с успокоителем и блок управления, в котором уравнивающий резервуар снабжен дополнительным крупнопузырчатым аэратором для разбивания крупных фракций, расположенным под трубчатым фильтром, донным насосом в трубчатом фильтре для откачки отработанного ила в успокоитель камеры стабилизации ила, рабочими датчиками минимального и максимального уровня сырой воды, а камера с пористым фильтром дополнительно снабжена цилиндрической емкостью, верхний открытый торец которой снабжен перфорированной крышкой и расположен выше уровня пористого фильтра, и накопителем очищенной воды, соединенным переливом с резервуаром-ливневкой и снабженным насосом для быстрой перекачки воды из накопителя в аэрационную камеру, а внутри цилиндрической емкости расположен насос для перекачки воды из нее в уравнивающий резервуар, при этом насос для перекачки очищенной воды из аэрационной камеры в накопитель очищенной воды снабжен колпачковыми фильтрами, и переключателем, выполненным с возможностью включения либо насоса, либо подачи воздуха в камеру с пористым фильтром.

Это устройство еще более усложнено по сравнению с RU 2201405, что еще больше снижает его надежность в работе. Наличие конструкционного элемента “разбиватель биологической пленки” свидетельствует о недостаточной эффективности способа очистки, так как отстаиваться в отстойнике должна очищенная вод.

Наиболее близкими по технической сути является устройство для очистки сточных вод по патенту RU 2279407 от 2005.02.11, опубликованному 20.06.07, МПК C02F 3/02, “СПОСОБ ГЛУБОКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ”, включающее корпус с крышкой, в котором размещены уравнивающий резервуар с активным илом, датчиком рабочего и датчиком максимального уровней, подводом сточных вод, аэратором, трубчатым фильтром с аэратором и насосом для перекачки сырой воды, снабженный аэратором и биологической загрузкой активационный резервуар с отстойником, в котором размещены эрлифт, крупнопузырчатый аэратор, и трубопроводом для перетекания воды в камеру с пористым фильтром, камеру стабилизации ила и блок управления, при этом в нем дополнительно, последовательно установлены три камеры с циклической интенсивной аэрацией, причем первая камера снабжена перегородкой, расположенной в ее верхней половине, переливное отверстие между первой и второй камерами выполнено в верхней части разделяющей их стенки, а вторая и третья камеры сообщаются через переливной патрубок, расположенный в их придонной части, а третья камера снабжена расположенным в ее верхней части переливным патрубком, выходной конец которого оканчивается в активационном резервуаре, а внутри отстойника выполнена перегородка, образующая дополнительный канал, служащий для приема воды, перекачиваемой из активационного резервуара, при этом отстойник снабжен эрлифтом-рециркулятором, выполненным U-образной формы, одно колено которого взаимодействует с камерой стабилизации ила, а торец другого колена расположен ниже уровня воды в отстойнике и снабжен патрубком, свободный конец которого взаимодействует со слоем ила активационного резервуара, причем камера с пористым фильтром выполнена из двух отсеков, сообщающихся посредством патрубка, расположенного в их придонных частях, один из отсеков заполнен пористым фильтром, снизу и сверху закрытым сеткой, и снабжен распределительным аэратором, расположенным в его придонной части, а над верхней сеткой установлен патрубок, взаимодействующий с цилиндрической емкостью, снабженной насосом, а второй отсек снабжен перфорированной цилиндрической емкостью с насосом для отвода полностью очищенной воды.

На данной установке не может быть достигнута максимально возможная эффективность очистки стоков, поскольку, во-первых, уравнивающий резервуар работает в режиме биореактора-смесителя, а эффективность его ниже, чем у биореакторов вытеснительного типа. Во вторых, стабилизатор – регенератор ила также выполнен как биореактор-смеситель со входом и выходом, не разнесенными в пространстве. Поэтому в уравнивающий резервуар – приемник стоков – поступает ил, стабилизированный – регенерированный не в максимально возможной степени, а усредненный. В третьих, ил из аэротенка и чистая вода из вторичного отстойника поступают в стабилизатор-регенератор ила параллельно, одним трубопроводом, что также не способствует максимально эффективной стабилизации – регенерации ила.

Задачей предлагаемого технического решения является создание установки для высокоэффективной и надежной очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, простой в эксплуатации, надежной, долговечной, пригодной к серийному производству.

Эта задача решена за счет того, что устройство биологической очистки сточных вод, содержащее объединенные в одном корпусе аэротенк и регенератор ила, отличается тем, что в аэротенке расположен регенератор ила, выполненный в виде вертикально ориентированной винтообразно закрученной трубы с верхней горловиной, расположенной выше рабочего уровня воды, и нижней горловиной, не касающейся дна корпуса.

Расположение регенератора ила в аэротенке приводит к отсутствию необходимости иметь отдельный резервуар с эрлифтами и перетоками для регенерации ила, к возможности осуществлять регенерацию – стабилизацию ила в режиме противотока со свободным и непрерывным отводом загрязненной воды.

Выполнение регенератора в виде вертикально ориентированной винтообразно закрученной трубы приводит к повышению эффективности устройства за счет удлинения траектории прохождения стоков.

Например, длина такой трубы диаметром 110 мм, с внешним диметром винта 30 см и высотой 110 см может составить 7,5-8 метров. При данном соотношении длины и диаметра трубы – биореактора мы получили типичный реактор-вытеснитель.

Расположение верхней горловины регенератора выше рабочего уровня воды приводит к необходимости изолирования процесса регенерации в рамках оптимальных условий для его протекания. Наличие нижней горловиной, не касающейся дна, приводит к свободному и непрерывному подводу отработанного ила на регенерацию и отводу загрязненной воды.

На чертежах изображено устройство биологической очистки сточных вод, где на фиг.1 дана принципиальная схема устройства, а на фиг.2 – его блок-схема.

На фиг.1 и фиг.2 изображены: корпус устройства 1, патрубок подачи стоков 2, патрубок отвода очищенной воды 3, приемник стоков 4, денитрификатор 5, аэротенк 6, регенератор ила 7, вторичный отстойник 8, мелкопузырчатый аэратор 9, минимальный рабочий уровень 10 воды в денитрификаторе, крупнопузырчатый аэратор 11, поплавковый датчик 12, эрлифт 13 подачи рабочей среды, перегородка 14, эрлифт 15 подачи регенерированного ила, крупнопузырчатый аэратор 16, мелкопузырчатый аэратор 17, щель 18 вторичного отстойника, эрлифт 19 подачи чистой воды, блок управления 20, таймер 21, компрессор 22, электромагнитный клапан 23, ответвление 24 основного воздуховода, основной воздуховод 25, поток 26 регенерированного ила, поток 27 частично очищенных стоков и нитрифицированного ила, поток 28 денитрифицированного ила и остатков загрязнений, поток 29 подачи отработанного ила на регенерацию, поток 30 загрязненной воды, поток 31 чистой воды на отстой, поток 32 чистой воды на регенерацию ила, приемник 33 пузырьков аэрации, верхняя горловина 34 приемника стоков, максимальный рабочий уровень 35 стоков в приемнике и денитрификаторе, верхняя горловина 36 регенератора ила, максимальный рабочий уровень 37 воды в аэротенке, регенераторе ила и вторичном отстойнике, нижняя горловина 38 регенератора ила, боковая стенка 39 вторичного отстойника, дно 40 вторичного отстойника.

Устройство биологической очистки сточных вод выполнено следующим образом. Устройство включает блоки: приемник стоков 4, денитрификатор 5, аэротенк 6, вторичный отстойник 8, регенератор ила 7, объединенные в одном корпусе с утепленной крышкой.

Приемник стоков 4 расположен в денитрификаторе 5 над мелкопузырчатым аэратором 9 и выполнен в виде винтообразно закрученной трубы, вертикально ориентированной. Он имеет верхнюю горловину 34, расположенную выше максимального уровня 35 стоков в приемнике стоков 4 и денитрификаторе 5. К верхней горловине 34 подведены патрубок подачи стоков 2 и эрлифт 15 подачи регенерированного ила, выполненный в виде изогнутой трубы, второй конец которой опущен в регенератор 7 ила. Нижний конец трубы приемника стоков 4 оснащен приемником 33 пузырьков аэрации, соединенным по воздуху с компрессором 22 крупнопузырчатым аэратором 11, выполненным в виде трубы.

Денитрификатор 5 отделен от аэротенка 6 перегородкой 14, его объем составляет 1/3 объема аэротенка 6 или 1/4 общего рабочего объема устройства. В денитрификаторе помимо указанных приемника стоков 4, мелкопузырчатого аэратора 9 и крупнопузырчатого аэратора 11 расположены поплавковый датчик 12, соединенный через блок управления 20 с компрессором 22 и электромагнитным клапаном 23, регулирующим поступление воздуха в ответвление 24 воздуховода.

Параллельно перегородке 14 в денитрификаторе 5 вертикально расположен соединенный с воздуховодом 25 эрлифт 13 подачи рабочей среды в аэротенк 6.

Аэротенк 6 представляет собой прямоугольный резервуар, занимающий 3/4 рабочего объема устройства. В нем расположены регенератор ила 7, крупнопузырчатый аэратор 16, мелкопузырчатый аэратор 17, вторичный отстойник 8.

Регенератор ила 7 выполнен в виде вертикально ориентированной винтообразно закрученной трубы, не достающей до дна корпуса 1, с верхней горловиной 36, расположенной выше рабочего уровня воды 37, и нижней горловиной 38, находящейся на небольшом расстоянии от дна корпуса. К верхней горловине 36 подведен эрлифт 19 чистой воды, выполненный в виде изогнутой трубы, второй конец которой опущен в воду вторичного отстойника 8. Из верхней горловины 36 выходит эрлифт 15 подачи регенерированного ила в приемник стоков 4. Эрлифты 15 и 19 соединены с ответвлением воздуховода 24. К нижней горловине 38 подведен крупнопузырчатый аэратор 16, выполненный в виде Г-образной трубы, соединенной с ответвлением воздуховода 24.

Вторичный отстойник 8 отделен от аэротенка 6 вертикальной стенкой 39 и наклонным дном 40. Между наклонным дном 40 и вертикальной стенкой корпуса 1 расположена щель 18, через которую сообщаются объемы аэротенка и отстойника. Здесь же расположены патрубок отвода чистой воды 3 и второй конец эрлифта 19 подачи чистой воды в регенератор ила 7.

Горизонтальная часть мелкопузырчатого аэратора 17 расположена в придонной части аэротенка, вне зоны действия потоков 29 и 31 между винтообразной трубой регенератора ила 7 и щелью 18.

Управление работой устройства осуществляется посредством перераспределения подачи воздуха в эрлифты и аэраторы, которое регулируется связанными в единую систему поплавковым датчиком 12, электромагнитным клапаном 23, блоком управления 20 с таймером 21 и компрессором 22.

Устройство биологической очистки сточных вод работает следующим образом.

Работа установки включает три последовательные фазы. В первой фазе работают все узлы и блоки. При этом уровень воды в денитрификаторе 5 по мере поступления стоков повышается и по достижении максимального уровня 35 сигнал поплавкового датчика 12 через блок управления 20 закрывает электромагнитный клапан 23 и ответвление воздуховода 24 перекрывается.

Во второй фазе работают крупнопузырчатый аэратор 11 и эрлифт 13. Уровень воды в денитрификаторе понижается. По достижении минимального уровня 10 поплавковый датчик 12 выключает компрессор 22 и включает таймер.

Третья фаза, фаза паузы, прерывается срабатыванием таймера, после чего устройство переходит в первую фазу работы.

В течение первой фазы сточные воды из патрубка подачи стоков 2 через верхнюю горловину 34 поступают в приемник стоков 4. Туда же эрлифтом 15 направляется поток 26 регенерированного ила из регенератора ила 7. Снизу, навстречу сточным водам и потоку 26, через приемник 33 пузырьков аэрации мелкопузырчатым аэратором 9 подается воздух от компрессора 22. Этим воздухом производится барботирование рабочей среды в приемнике стоков 4, и происходит окисление легкоокисляемой части загрязнений и нитрификация соединений азота с образованием нитратов, поток 27 частично очищенных стоков и нитрифицированного ила через приемник 33 пузырьков аэрации перемещается в денитрификатор 5, в котором стоки перемешиваются и ил переходит во взвешенное состояние за счет работы крупнопузырчатого аэратора 11. В денитрификаторе 5 осуществляется процесс денитрификации, в ходе которого нитраты восстанавливаются до молекулярного азота, который в виде пузырьков удаляется в атмосферу. Из денитрификатора поток 28 денитрифицированного ила и остатков загрязнений эрлифтом 13 подается в аэротенк 6. В аэротенке 6 происходит полное окисление загрязнений за счет работы мелкопузырчатого аэратора 17, насыщающего стоки кислородом воздуха, а также за счет работы крупнопузырчатого аэратора 16, поддерживающего ил во взвешеном состоянии. Крупнопузырчатый аэратор 16 также направляет ил в регенератор ила 7 через нижнюю горловину 38 потоком 29 к верхней горловине 36. К верхней горловине 36 подведен эрлифт 19 подачи чистой воды, которая потоком 32 проходит регенератор ила 7 навстречу потоку 29 отработанного ила на регенерацию, вымывая из него продукты метаболизма, что ведет к активированию ила. Поток 30 загрязненной воды через нижнюю горловину 38 регенератора ила перетекает в аэротенк 6, где загрязнения, представляющие собой продукты метаболизма ила, подвергаются окончательному окислению и деструкции. Поток 31 чистой воды на отстой направлен из аэротенка 6 через щель 18 во вторичный отстойник 8, где ил отделяется от воды отстаиванием. В режиме работы первой фазы рабочий уровень 37 воды в аэротенке, регенераторе ила и вторичном отстойнике несколько ниже максимального, поэтому отвода очищенной воды через патрубок 3 не происходит.В этом режиме осуществляется циркуляция воды по схеме аэротенк – вторичный отстойник – регенератор ила – аэротенк и циркуляция ила по схеме аэротенк – регенератор ила – приемник стоков – денитрификатор – аэротенк. Многократное пересечение циркуляционных потоков обеспечивает высокое качество очистки стоков.

Продолжительность первой фазы определяется скоростью поступления стоков в устройство. По мере их поступления уровень в приемнике 4 и денитрификаторе 5 повышается, и по достижении максимального рабочего уровня 35 сигнал от поплавкового датчика 12 через блок управления 20 закрывает электромагнитный клапан 23 и происходит отключение ответвления 24 основного воздуховода, через которое воздух от компрессора 22 подается к мелкопузырчатому аэратору 9, крупнопузырчатому аэратору 16, эрлифту 15 подачи регенерированного ила, крупнопузырчатому аэратору 16, мелкопузырчатому аэратору 17 и эрлифту 19 подачи чистой воды.

С переходом работы устройства во вторую фазу режима работы воздух от компрессора 22 через основной воздуховод 25 подается только в крупнопузырчатый аэратор 11 и эрлифт 13 подачи рабочей среды. Циркуляция ила и воды в устройстве прерывается и вода в аэротенке 6, регенераторе ила 7 и вторичном отстойнике 8 поднимается до максимального рабочего уровня 37. Ил в аэротенке 6 при неработающих аэраторах оседает на дно корпуса 1, поэтому поток 28 денитрифицированного ила и остатков загрязнений проходит во вторичный отстойник 8 через слой ила повышенной плотности, в котором процессы очистки идут с более высокой эффективностью.

Поток 31 чистой воды проходит через щель 18 во вторичный отстойник 8, отстаивается и отводится через патрубок 3. В денитрификаторе 5, поскольку эрлифт 15 подачи регенерированного ила не функционирует, а работа эрлифта 13 подачи рабочей среды продолжается, происходит понижение уровня воды до минимального рабочего уровня, на котором сигнал от поплавкового датчика 12 через блок управления 20 отключает компрессор 22 и включает таймер 21.

Наступает третья фаза работы устройства, продолжительность ее задается таймером. На протяжении третьей фазы блоки и узлы устройства не функционируют, и очистка стоков осуществляется пассивно, в слоях осевшего ила. По прошествии заданного времени таймер включает компрессор 22, электромагнитный клапан 23 и работа устройства переходит в первую фазу.

Технический результат заключается в том, что создано устройство для высокоэффективной и надежной биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, простое в эксплуатации, надежное, долговечное, пригодное к серийному производству, за счет того, что устройство биологической очистки сточных вод, содержащее объединенные в одном корпусе аэротенк и регенератор ила, отличается тем, что в аэротенке расположен регенератор ила, выполненный в виде вертикально ориентированной винтообразно закрученной трубы с верхней горловиной, расположенной выше рабочего уровня воды, и нижней горловиной, не касающейся дна корпуса.

Формула изобретения

Устройство биологической очистки сточных вод, содержащее объединенные в одном корпусе аэротенк и регенератор ила, отличающееся тем, что в аэротенке расположен регенератор ила, выполненный в виде вертикально ориентированной винтообразно закрученной трубы с верхней горловиной, расположенной выше рабочего уровня воды, и нижней горловиной, не касающейся дна корпуса.

РИСУНКИ