БИОЛОГИЧЕСКИЙ ПОГЛОТИТЕЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1994 года по МПК C02F3/04 

Изобретение относится к оборудованию для регулирования физико-химических показателей качества воды и может найти применение для очистки и доочистки сточных вод, сбрасываемых в водоемы для разведения рыб.

Известен биологический фильтр, представляющий собой резервуар с дробленой загрузкой, поверхность котоpой покрыта биологической пленкой. Биологический фильтр оснащен водораспределительными устройствами для равномерного орошения сточной водой поверхности фильтрующей загрузки, дренажным устройством для удаления профильтровавшейся воды и воздухораспределительным устройством для подачи воздуха, необходимого для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов и обеспечения биохимического окисления загрязнений сточных вод.

Известен также биологический поглотитель загрязнений, содержащий резервуар для сбора очищенных вод, размещенные над ним пластины в виде дисков и трубопроводы подачи сточных вод.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является биологический поглотитель загрязнений сточных вод, содержащий насос для подачи сточных вод, загрузку для биофильтров в виде шероховатых пластин, укрепленных неподвижно на расстоянии одна от другой на опорных балках, резервуар сбора очищенных вод, первичный и вторичный отстойники, системы аэрации и подсветки, трубопроводы подачи сточных и отвода очищенных вод, трубопровод возврата воды на дополнительную очистку, систему отвода илового осадка и шлака и запорную арматуру.

К недостаткам указанного биологического поглотителя относится то, что загрузка для биофильтра, выполненная в виде шероховатых пластин, способствует интенсивному росту биопленки, но не способствует закреплению ее к поверхности пластин, периодически смываясь сточными водами. На период отсутствия биопленки, т.е. до ее возобновления, окислительный процесс практически исчезает и биофильтр не выполняет своих функций, т.е. не поглощает загрязнений в сточных водах на этот период. Кроме того, шероховатость распространена только на внешней поверхности пластин, на которых развиваются микробы, только окисляющие загрязнения сточных вод. Микробы-денитрификаторы на этих фильтрах практически не культивируются. Это означает, что попавшие в сточные воды нитраты или нитриты практически не поглощаются указанными фильтрами и стекают в реки или озера, загрязняя их.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого биологического поглотителя загрязнений сточных вод, который мог бы практически осуществлять как окислительный процесс во всем периоде его работы, так и восстановительный процесс, при котором нитраты и нитриты восстанавливались бы в чистый азот, удаляемый из поглотителя в атмосферу.

Сущность изобретения состоит в том, что биологический поглотитель загрязнений сточных вод, содержащий насос для подачи сточных вод, загрузку для биофильтров в виде шероховатых пластин, укрепленных неподвижно на расстоянии одна от другой на опорных балках, резервуар сбора очищенных вод, первичный и вторичный отстойники, системы аэрации и подсветки, трубопроводы подачи сточных и отвода очищенных вод, трубопровод возврата воды на дополнительную очистку, систему отвода илового осадка и шлака и запорную арматуру, снабжен прямоугольным корпусом, выполненным в виде верхней и нижней частей, в которых в поперечном направлении установлены опорные и профильные балки, закрепленные в продольных вертикальных стенках корпуса, верхняя часть корпуса выполнена ступенчатой, а нижняя - корытообразной формы, соотношение высот торцовых поперечных вертикальных стенок корпуса по ходу движения сточной воды принято равным Н: h = 2,0-3,0, в опорных балках верхней и нижней частей корпуса закреплена загрузка для биофильтра, которая выполнена в виде обрамленных пластин из материала редоксид с высокоразвитой открытой пористой структурой, в опорных балках верхней части корпуса установлены нечетные ряды пластин, а в опорных балках нижней части корпуса - четные ряды пластин с образованием между ними и поперечными вертикальными стенками корпуса поперечных отсеков, пластины, установленные в нижней части корпуса, выполнены с уменьшением размеров по высоте по ходу движения сточной воды и образованием угла между основанием нижней части корпуса и условной линией, проведенной по вершинам пластин, равного α = 20-40^о, поперечные отсеки нижней части корпуса разделены нечетными рядами пластин верхней части корпуса на равные части и на равноудаленном расстоянии от его основания, первичные отстойники установлены под каждый поперечным отсеком, кроме последнего, по ходу движения сточной воды на профильных балках основания нижней части корпуса, под последним отсеком закреплен резервуар сбора очищенных сточных вод, соединенный трубопроводом отвода очищенных вод со вторичным отстойником, который трубопроводом возврата воды на дополнительную очистку соединен перед насосом подачи сточных вод с трубопроводом подачи сточных вод, а система отвода илового осадка и шлака соединена с резервуаром сбора очищенных сточных вод первичными и вторичным отстойниками.

Кроме того, система подсветки закреплена в верхней части корпуса и выполнена из люминесцентных ламп, а система аэрации выполнена естественной или принудительной, или комбинированной.

При этом система естественной аэрации выполнена в виде решеток, установленных на горизонтальных ступенях верхней части корпуса.

При этом система принудительной аэрации выполнена из воздуходувки и перфорированных труб, установленных под горизонтальными ступенями верхней части корпуса над поперечными отсеками нижней части корпуса или в основании нижней части корпуса под поперечными его отсеками.

Помимо этого, система комбинированной аэрации выполнена из системы естественной аэрации в виде решеток, установленных на горизонтальных ступенях верхней части корпуса над первыми двумя по ходу движения сточной воды поперечными отсеками и системы принудительной аэрации в виде воздуходувки и перфорированных труб, установленных в основании части корпуса под последующими его поперечными отсеками.

На фиг. 1 изображен общий вид биологического поглотителя загрязнений сточных вод; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение по В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение по Г-Г на фиг. 3; на фиг. 6 - узел I на фиг. 1 (вариант с естественной аэрацией); на фиг. 7 - вид по стрелке А на фиг. 6; на фиг. 8 - узел II на фиг. 1 (вариант с принудительной аэрацией); на фиг. 9 - вид по стрелке Б на фиг. 8.

Биологический поглотитель загрязнений сточных вод состоит из основания 1, нижней корытообразной части корпуса 2 и соединенной с ней верхней ступенчатой части корпуса 3, поперечных сторон балок 4 и 5, установленных в нижней 2 и верхней 3 частях корпуса соответственно, трубопровода 6 подачи сточных вод, соединенного с насосом 7 для подачи сточных вод, нечетных 8 и четных 9 рядов пластин, закрепленных соответственно в опорных балках 5 и 4, выполненных из материала редоксид, обладающего высокоразвитой открытой пористой структурой, поперечных отсеков 10, образованных торцевыми вертикальными стенками верхней 3 и нижней 4 частей корпуса и четными 9 рядами пластин, которые установлены с убыванием размеров по высоте по ходу движения сточной воды, и разделенных на две равные части нечетными 8 рядами пластин, установленными на одинаковых расстояниях от основания 1 с образованием равных зазоров 11 для перетекания сточной воды из поперечных отсеков 10, первичных отстойников 12, подвешенных к силовым профильным балкам 13 основания 1, резервуара сбора 14 очищенных вод, организованного в последнем по ходу движения сточной воды поперечном отсеке 10 и соединенного посредством трубопровода с вентилем 15 со вторичным отстойником 16, трубопровода 17 возврата воды на дополнительную очистку, который одним концом соединен перед насосом 7 с трубопроводом 6 подачи сточных вод, а другим концом за вторичным отстойником 16 с трубопроводом 18 отвода очищенных вод, трубопровода 19 для выпуска осадка и шлака на иловые площадки (на фигурах не показаны), который трубопроводами с вентилями 20, 21 и 22 соответственно соединен с первичными отстойниками 12, резервуаром сбора 14 очищенных вод и вторичным отстойником 16.

Пластины 8 и 9, размещенные в обрамлениях 23 и 24, установлены и закреплены к опорным поперечным балкам 4 и 5 и в вертикальных направляющих 25, закрепленных на внутренней стороне вертикальных продольных стенок нижней 2 и верхней 3 частей корпуса (см. фиг. 2-5), и имеют высокоразвитую пористую структуру с наружными поверхностными порами 26, имеющими размеры пор до 20 мм, и глубинными порами 27. По граням обрамлений 23 и 24 выполнены окна 28 и 29 (см. фиг. 5).

Биологический поглотитель включает в себя еще также и две системы: подсветки и аэрации (см. фиг. 6-9). Система подсветки выполнена в основном из люминесцентных ламп 30 (см. фиг. 6) и системы автоматики (на фигурах не показана). Система аэрации в биологическом поглотителе может быть выполнена в трехвариантном исполнении: естественная аэрация, искусственная аэрация и комбинированная аэрация. При естественной аэрации (см. фиг. 6 и 7) в ступенях 31 верхней части 3 корпуса установлены решетки 32, защищенные от атмосферных осадков специальными приспособлениями (не показаны). Искусственная аэрация (см. фиг. 8 и ) содержит воздуходувку 33 и систему перфорированных труб 34, соединенных между собой воздухопроводом 35, и может быть установлена или под ступенями 31 верхней части 3 корпуса над поперечными отсеками 10, или в основании 1 нижней части 2 корпуса под поперечными отсеками 10. При комбинированной аэрации система перфорированных труб 34 может быть установлена только под поперечными отсеками 10, а решетки 32 - над поперечными отсеками 10.

Биологический поглотитель загрязнений сточных вод работает следующим образом.

На этапе пуско-наладочных работ, который длится, как показали эксперименты, 25-35 сут, происходит формирование биопленки на пористых поверхностях нечетных и четных рядов пластин 8 и 9 из материала редоксид с диаметром поверхностных пор 26-20 мм. На поверхностях нечетных и четных рядов пластин 8 и 9 и в их порах 26 интенсивно развиваются бактерии, осуществляющие окисление органических веществ и аммонийного азота. Толщина биопленки, как показали эксперименты, достигает до 2 мм. На нижних уровнях нечетных и четных рядов пластин 8 и 9, находящихся ближе к основанию 1 нижней части 2 корпуса и в глубинных порах 27, как показали эксперименты, толщина биопленки уменьшается до 0,5 мм, и она состоит в основном из денитрифицирующих бактерий, осуществляющих восстановление нитратов и нитритов в газообразный азот. После пуско-наладочных работ биологический поглотитель загрязнений сточных вод вступает в этап эксплуатации, при котором сточную воду по трубопроводу подачи 6 посредством насоса 7 подают в первую половину первого по ходу движения сточной воды поперечного отсека 10, образованную первой торцевой вертикальной стенкой корпуса и первой нечетной пластиной 8, закрепленной к потолку первой ступени 31 верхней части 3 корпуса. Сточная вода равномерным потоком омывает стенки корпуса и одну из сторон первой нечетной пластины 8, обросшей биопленкой, и через зазор 11 между первой нечетной пластиной 8 и основанием 1 поступает во вторую половину первого поперечного отсека 10, образованную первой нечетной пластиной 8 и первой четной пластиной 9, где она за счет гидростатического давления в первой половине первого поперечного отсека 10 поднимается вверх, омывая стенки первых нечетных и четных пластин 8 и 9, обросших биопленкой, и продольные стенки корпуса, В связи с тем, что первая нечетная пластина 9 расположена ниже оси трубопровода подачи 6 сточной воды, происходит, после заполнения объема второй половины первого поперечного отсека 10, перелив сточной воды в первую половину второго поперечного отсека 10, образованного первой четной пластиной 9 и второй нечетной пластиной 8. Сточная вода равномерным потоком в первой половине второго поперечного отсека 10 омывает стенки первой четной пластины 9 и второй нечетной пластины 8, обросшие биопленкой, и продольные стенки верхней 3 и нижней 2 частей корпуса и через зазор 11 между второй нечетной пластиной 8 и основанием 1 поступает во вторую половину второго поперечного отсека 10, образованную второй нечетной пластиной 8 и второй четной пластиной 9. Сточная вода во второй половине второго поперечного отсека 10 за счет гидростатического давления в первой половине второго поперечного отсека 10 поднимается вверх и переливается через вторую четную пластину 9 в первую половину третьего поперечного отсека 10. За счет того, что четные пластины 9 в биологическом поглотителе установлены с убыванием по высоте по ходу движения сточной воды, а между нечетными пластинами 8 и основанием 1 существует зазор 11, обеспечивается перелив сточной воды из одного поперечного отсека 10 в другой.

Сточная вода, пройдя каскад поперечных отсеков 10, образованных из четных рядов пластин 9 и разделенных на равные части нечетными рядами пластин 8, поступает в резервуар сбора 14 очищенных вод. Выполнение нечетных и четных рядов пластин 8 и 9 из материала редоксид с высокоразвитой открытой пористой структурой способствует более интенсивному росту биологической пленки, а сама биологическая пленка более прочно укрепляется на шероховатых пластинах 8 и 9 и имеет необходимую толщину.

Предпочтительные размеры расстояний между нечетными и четными рядами пластин 8 и 9 120-140 мм. Для интенсификации роста водорослей в толще биологической пленки предусмотрена система подсветки в виде люминесцентных ламп 30, установленных под ступенями 3у1 верхней части 3 корпуса над пластинами 8 и 9.

В процессе прохождения сточной воды через каскады из нечетных и четных рядов пластин 8 и 9 с биологической пленкой она контактирует непосредственно с биологической пленкой и воздушной средой от естественной аэрации в виде решетки 32 или от принудительной аэрации в виде воздуходувки 33, соединенной воздуховодом 35 с системой перфорированных труб 34, или от комбинированной аэрации. В результате чего биологическая пленка и проходящая через каскады вода интенсивно насыщаются кислородом воздуха, который необходим для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов биологической пленки и насыщения очищенной воды. Развивающиеся в глубинных порах 27 и на нижних уровнях пластин 8 и 9, находящихся ближе к основанию 1, денитрифицирующие бактерии, осуществляют восстановление нитратов и нитритов в азот.

Очищенная вода из резервуара 14 по трубопроводу через открытый вентиль 15 поступает во вторичный отстойник 16. Осветленную в процессе отстаивания воду из отстойника 16 по трубопроводу 18 направляют на обеззараживание или в природный водоем. Вода, направленная в природный водоем, имеет оптимальный кислородный режим, поскольку непосредственный контакт ее с воздухом во время прохождения по поверхности пластин 8 и 9 обеспечивает интенсивное насыщение кислородом. Образующийся осадок и шлак в отстойниках 12 и 16 и резрвуаре 14 сбора очищенных вод сбрасывают периодически при открытых вентилях 20, 21 и 22 через трубопровод 19 на иловые площадки.

Для более полной очистки сточной воды от загрязнений очищенную воду после вторичного отстойника 16, прикрыв вентиль на трубопроводе 18 и вентиль на трубопроводе 6, насосом 7 направляют на процесс рециркуляции, осуществляя таким образом дополнительную ее очистку, а также дополнительно насыщая кислородом воздуха при прохождении ее по поверхностям рядов пластин 8 и 9 из редоксида.

Изготовление биологического поглотителя загрязнений сточных вод предлагаемой конструкции позволяет создавать биологическую пленку с более мощной окислительной способностью, устойчивой к токсическим веществам, увеличивать ее полезную площадь, а также постоянно поддерживать оптимальный газовый режим биологической пленки и очищенной воды. Наличие в глубинных порах материала редоксид денитрифицирующих микроорганизмов позволяет биологическому поглотителю загрязнений сточных вод из нитратов и нитритов восстанавливать азот и исключать их от попадания в водоем.

Отработанная (отмершая) биопленка потоком сточных вод смывается с пластин 8 и 9 и выпадает в осадок, который из отстойников убирается на иловые площадки.

Сравнительный микробиологический анализ показал, что на пластинах 8 и 9 из редоксида развивается в 1,4-1,6 раза больше различных видов аэробных микроорганизмов, чем в существующих загрузках для биофильтров (керамзитовой, пластмассовой и др.). Сточная вода, содержащая начальные загрязнений перед биологическим поглотителем, м/л: БПК полн. До 250 мг О₂/л
Взвешенные вещества (ВВ) До 230 Азот аммонийный До 20 Жиры До 50 пройдя каскады из нечетных и четных рядов 8 и 9 пластин из редоксида (всего девять каскадов) в биологическом поглотителе, очищается по БПК полн. 2-3 мг О₂/л; ВВ 2-3 мг/л; азот аммонийный 0,1-0,2 мг/л; жиры до 0,1-0,2 мг/л, нитраты и нитриты отсутствуют.

Предлагаемый биологический поглотитель может быть сконструирован как для малой производительности (от 1,0 до 12 м³/сут), так и для большой производительности (начиная от 25 м³/сут и выше). При этом биологический поглотитель (полностью изготавливается на заводе) компактен, удобен в эксплуатации и не требует регенерации биофильтров (пластин) при длительном сроке очистки сточных вод.

Эффективность очистки сточных вод на данном биологическом поглотителе загрязнений сточных вод, по сравнению с известными возрастает:
по задержанию взвешенных веществ - на 10-20%;
по удалению органических веществ - на 11-17%;
по удалению азотистых веществ - на 40-45%.

Использование: биологическая очистка сточных вод с обеспечением высокоразвитой поверхности для обрастания биопленкой. Сущность изобретения: биологический поглотитель загрязнений сточных вод содержит насос для подачи сточных вод, загрузку для биофильтров в виде шероховатых пластин, укрепленных неподвижно на расстоянии одна от другой на опорных балках, резервуар сбора очищенных вод, первичный и вторичный отстойники, системы аэрации и подсветки, трубопроводы подачи сточных и отвода очищенных вод, трубопровод возврата воды на дополнительную очистку, систему отвода илового осадка и шлака и запорную арматуру. Поглотитель снабжен прямоугольным корпусом, верхняя часть которого выполнена ступенчатой, а нижняя - корытообразной формы. Соотношение высот торцевых поперечных вертикальных стенок корпуса по ходу движения сточной воды принято равным H : h = 2,0 - 3,0. В опорных балках верхней и нижней частей корпуса закреплена загрузка для биофильтра, которая выполнена в виде обрамленных пластин из материала редоксид с развитой открытой пористой структурой. В опорных балках верхней части корпуса установлены нечетные ряды пластин, а в опорных балках нижней части корпуса - четные ряды пластин с образованием между ними и поперечными вертикальными стенками корпуса поперечных отсеков. Под последним отсеком закреплен резервуар сбора очищенных сточных вод, соединенный со вторичным отстойником. Система подсветки закреплена в верхней части корпуса и выполнена из люминесцентных ламп, а система аэрации выполнена естественной, или принудительной, или комбинированной. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. БИОЛОГИЧЕСКИЙ ПОГЛОТИТЕЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД, содержащий насос для подачи сточных вод, загрузку для биофильтров в виде шероховатых пластин, укрепленных неподвижно на расстоянии одна от другой на опорных балках, резервуар сбора очищенных вод, первичный и вторичный отстойники, системы аэрации и подсветки, трубопроводы подачи сточных и отвода очищенных вод, трубопровод возврата воды на дополнительную очистку, систему отвода илового осадка и шлака и запорную арматуру, отличающийся тем, что он снабжен прямоугольным корпусом, выполненным в виде верхней и нижней частей, в которых в поперечном направлении установлены опорные и профильные балки, закрепленные в продольных вертикальных стенках корпуса, верхняя часть корпуса выполнена ступенчатой, а нижняя - корытообразной, отношение высот торцевых поперечных вертикальных стенок корпуса по ходу движения сточной воды принято равным 2,0 - 3,0, в опорных балках верхней и нижней частей корпуса закреплена загрузка для биофильтра, которая выполнена в виде обрамленных пластин из материала "редоксид" с развитой открытой пористой структурой, в опорных балках верхней части корпуса установлены нечетные ряды пластин, а в опорных балках нижней части корпуса - четные ряды пластин с образованием между ними и поперечными вертикальными стенками корпуса поперечных отсеков, пластины, установленные в нижней части корпуса, выполнены с уменьшением размеров по высоте по ходу движения сточной воды и образованием угла в 20 - 40^o между основанием нижней части корпуса и условной линией, проведенной по вершинам пластин, поперечные отсеки нижней части корпуса разделены нечетными рядами пластин верхней части корпуса на равные части и на равноудаленном расстоянии от его основания, первичные отстойники установлены под каждым поперечным отсеком, кроме последнего, по ходу движения сточной воды на профильных балках основания нижней части корпуса под последним отсеком закреплен резервуар сбора очищенных сточных вод, соединенный трубопроводом отвода очищенных вод с вторичным отстойником, который трубопроводом возврата воды на дополнительную очистку соединен перед насосом подачи сточных вод с трубопроводом подачи сточных вод, а система отвода илового осадка и шлака соединена с резервуаром сбора очищенных сточных вод, первичными и вторичным отстойниками. 2. Поглотитель по п.1, отличающийся тем, что система подсветки закреплена в верхней части корпуса и выполнена из люминесцентных ламп, а система аэрации выполнена естественной, или принудительной, или комбинированной. 3. Поглотитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что система естественной аэрации выполнена в виде решеток, установленных на горизонтальных ступенях верхней части корпуса. 4. Поглотитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что система принудительной аэрации выполнена из воздуходувки и перфорированных труб, установленных под горизонтальными ступенями верхней части корпуса над поперечными отсеками нижней части корпуса или в основании нижней части корпуса под поперечными его отсеками. 5. Поглотитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что система комбинированной аэрации выполнена из системы естественной аэрации в виде решеток, установленных на горизонтальных ступенях верхней части корпуса над первыми двумя по ходу движения сточной воды поперечными отсеками, и системы принудительной аэрации в виде воздуходувки и перфорированных труб, установленных в основании нижней части корпуса под последующими его поперечными отсеками.