СИСТЕМА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1997 года по МПК B01D21/24 C02F3/02 

Изобретение относится к очистке сточных вод и, в частности к системам с использованием резервуара или бака, в котором происходит циклическая обработка, включающая распыление твердых веществ воздухом, разделение жидкостей и последующую декантацию жидкости.

Миграция населения и промышленности за пределы городской канализационной сети привела к широкому использованию перегнивательных резервуаров для перегнивания (септиков). При отсутствии эффективного оборудования было невозможным осуществление достаточных мер по предотвращению насыщения почвы канализационными отходами и воздействия этих отходов на подземные грунтовые воды, часто используемые в домах и в городском хозяйстве в качестве "чистой" питьевой воды. Имело место значительное количество аварий септиков и связанных с ними керамических труб. Зловонные, насыщенные микробами сточные воды часто выходят на поверхность в пределах и вблизи населенных районов; кроме того во многих местах имело место загрязнение колодезной воды.

Септики являются анаэробными системами очистки сточных вод и обладают многими недостатками. В настоящее время широко используются аэробные системы очистки сточных вод, которые разработаны с учетом принятых критериев в отношении коэффициента нагрузки, времени удержания, аэрирования и тому подобного. Колебания загрузки в системе требуют постоянного контроля и обслуживания для обеспечения надлежащей очистки. Ввиду этого, многие сантехнические службы не рекомендуют использование аэробных систем очистки сточных вод для жилых домов. В связи с этим существует рыночная потребность в системе очистки сточных вод, которая обеспечивала бы гидравлику потока и подвод кислорода, необходимые для оптимизации аэробных процессов и не обладала бы недостатками септика.

Общепринятая анаэробная система септика, то есть использование деятельности бактерий при отсутствии кислорода, обладает следующими недостатками. В подземных системах удаления сточных вод, каковыми являются септики, неочищенные сточные воды попадают в бетонный резервуар через подземную входную трубу. Внутри резервуара биохимическая деятельность превращает часть твердых веществ в сточных водах в жидкую форму и часть в газ. В результате образуется три слоя стоков. Твердые вещества погружаются на дно и образуют слой полужидких отбросов. Маслянистые вещества, которые легче воды, плавают на поверхности и образуют слой пены, который лежит на жидкости, то есть на очищенных сточных водах, занимающих большую часть объема системы. Такие системы располагаются в котлованах без зазора между грунтом и стенками для предотвращения возможного прорыва из-за нарастания давления. Расположение очистной системы может быть обозначено на поверхности непосредственно над отверстием для откачки. Когда слой полужидких отбросов вырастает до достаточных размеров, необходимо чтобы профессиональная бригада по очистке септиков выкачала содержимое резервуара. В силу конструкции септика возможен обратный ход пены и полужидкого материала по входной трубе в канализационную систему дома. Периодическая очистка резервуара для сточных вод может оказаться дорогостоящей, но она безусловно необходима, так как септик, в сущности, является системой порционной обработки стоков.

Улучшения в технологии обработки сточных вод были сделаны путем разработки резервуаров из стекловолокна для септиков вместо бетонных резервуаров. Технология очистки сточных вод также продвинулась в направлении систем аэробного типа, таких как система, описанная в патенте США N 3,834,536.

Наиболее близким к изобретению является устройство для аэробной очистки сточных вод (авт. св. СССР N 983076, 1982), которое, как и предлагаемое, включает в себя резервуар, устройство для аэрации и рассеивания воздуха, средство для подачи и приема подаваемых стоков и устройство для декантации. Средство для приема стоков представляет собой емкость, закрытую в нижней части и открытую сверху и окруженную перегородкой, расположенной с зазором по отношению к емкости и днищу резервуара.

Предлагаемая система очистки отличается от описанной выше в первую очередь тем, что емкость установлена с возможностью перемещения по высоте резервуара, перегородка подвешена и простирается до верха резервуара, выполненного герметичным, при этом устройство для декантации расположено с возможностью слива стоков из-под поверхности жидкости в резервуаре.

Указанные отличия предлагаемой системы очистки сточных вод, а также дополнительные, отраженные в зависимых пунктах формулы изобретения обеспечивают ей преимущества, которые подробно описываются далее.

Ниже приведены определения некоторых терминов, используемых в описании.

С.У.С.П. сборник, уравнивающий скорость притока.

Ц.Р.Н.П. циклический реактор непрерывной подачи.

Р.К. растворенный кислород.

Р.С.П. расчетный суточный поток (средний за 24 ч, пиковый в течение часа).

Приток входящие сточные воды.

Отток исходящие сточные воды.

Отстой надосадочная жидкость.

БПК5 биологическая потребность в кислороде.

Ливень необычно сильная подача притока.

С.Т.В.В.Ж. смешанные твердые вещества, взвешенные в жидкости.

О.С.В.Т.В. общее содержание взвешенных твердых веществ.

Изобретение является системой очистки сточных вод, которая ниже будет называться Ц. Р. Н. П.П.Д.Р.А. что расшифровывается как циклический реактор непрерывной подачи с периодической декантацией и расширенной аэрацией, и реализует технологию активированных полужидких отбросов с непрерывной подачей, а также периодическую циклическую обработку в системе, требующей лишь одного резервуара. Эта система использует единственный резервуар (реакционный резервуар), предпочтительно изготовленный из стекловолокна, в котором активированные полужидкие отходы аэрируются в течение нескольких заданных циклов. Разделение твердых и жидких веществ происходит во время части цикла, когда воздух не подается. В конце части цикла, когда воздух не подается, очищенный отток декантируется или сливается непосредственно из-под поверхности жидкости. Подача притока может происходить непрерывно в любое время. Таким образом уравнивание потока, биологическое окисление, нитрификация, денитрификация, вторичное осаждение и аэробное перегнивание осадка происходят в одном и том же объеме. Продолжительность цикла зависит от конкретных параметров системы и условий ее эксплуатации.

Циклический реактор непрерывной подачи (Ц.Р.Н.П.) системы с П.Д.Р.А. сочетает в себе реактор с единым резервуаром, периодическую или циклическую систему расширенной аэрации и реализует принципы непрерывного потока активированных полужидких отбросов и расширенной аэрации. Это система с наполнением и отбором, которая позволяет осуществлять непрерывную подачу (приток) в резервуар (реакционный резервуар). Суть процесса заключается в наличии слоя активированных полужидких отбросов, который уменьшает БПК5 (биологическую потребность в кислороде) и О.С.В.Т.В. (общее содержание взвешенных твердых веществ), а также устраняет азот и фосфор при отсутствии полимеров и фильтров. Пропорция питательных веществ и микроорганизмов (П:М) может колебаться от 0,04 до 0,3 фунтов БПК5 на фунт О.С.В.Т.В. в сутки, а расчетные концентрации общего содержания взвешенных твердых веществ (О.С.В.Т.В.) могут быть от 2000 до 15000 мг/л. Практика показала, что наибольшая эффективность достигается при концентрации О.С.В.Т.В. в интервале от 2000 до 8000 мг/л. При расчетном времени удержания (РВУ) 18-36 ч и возрасте полужидких отбросов (ВПО) не менее 20 дней параметры системы с периодической декантацией и расширенной аэрацией (П.Д.Р.А.) соответствуют стандартам расширенной аэрации. При таких расчетных параметрах типичный выход твердых веществ (полужидких отбросов) колеблется от 0,5 до 1,0 фунта на извлеченный фунт БПК5. Производимые полужидкие отбросы довольно стабильны и имеют уровень отбора O₂ менее чем 10 мг/л O₂/г О.С.В.Т.В./ч.

Одним из основных технологических преимуществ периодического или циклического процесса расширенной аэрации (Справочник по разработкам Агентства по охране окружающей среды. Системы очистки и сброса сточных вод на местах, окт. 1980), используемого в системе с П.Д.Р.А. является то, что он обеспечивает нитрификацию и денитрификацию в дополнение к углеродному восстановлению БПК5 и устранению твердых веществ без добавления метанола в качестве органического источника углерода. Слой полужидких отбросов действует как внутренний органический источник углерода. В дополнение к этому, денитрификация способствует поддержанию щелочности. Это предотвращает снижение pH, что может вести к росту волокнистых образований и комковатости полужидких отбросов. Поддержание щелочности имеет особые преимущества в регионах с низкой естественной щелочностью.

Именно этот уникальный циклический процесс позволяет системе с П.Д.Р.А. производить нитрификацию и денитрификацию. В течение аэрации происходит биологическое окисление и смешивание. Размеры нагнетателя обычно обеспечивают от 1,4 до 1,6 кг O₂ на кг используемого БПК в день. Для стоков очень малой концентрации они подаются для смешивания в соотношении 2:100 (при нормальных условиях) к объему реактора. В течение аэрации существует избыток кислорода, и Nitrosomonas sp. окисляют аммонийный азот (N/NH₃) до нитритного азота (N/NO₂). Nitrobacter sp. далее окисляют нитритный азот (N/NO₂) до нитратного азота (N/NO₃). Оба этих типа бактерий появляются естественным образом в результате процесса периодической или циклической расширенной аэрации ПЦРА.

Нитратный, нитритный, аммонийный и органический азот в сточных водах взаимосвязаны. Все эти формы азота, равно как и газообразный азот, биохимически взаимопревращаемы. Аммиак обычно присутствует в больших количествах в неочищенных домашних сточных водах, а нитраты присутствуют лишь в небольших количествах. Однако в оттоках обычных установок нитрифицирующей биохимической очистки нитрат присутствует в концентрациях до 50 мг нитратного азота/л. Нитрит является промежуточным состоянием азота как при окислении аммиака до нитрата, так и при восстановлении нитрата до газообразного азота. Такое окисление происходит в системе с П.Д.Р.А.

В течение периодов без аэрации (отстоя и декантации) уровень растворенного кислорода (РК) в слое полужидких отбросов (СТВВЖ) приближается к нулю. Недостаток молекулярного кислорода (O₂) побуждает Pscudomonas sp. и другие денитрифицирующие бактерии использовать кислород, связанный в нитратных молекулах (NO₃). Затем эти бактерии восстанавливают нитратные молекулы до азота (N₂) и кислорода (O₂). Молекулярный азот (N₂), газ, выпускается в атмосферу, а бактерии используют высвобожденный кислород (O₂). Таким образом чередование кислородных и бескислородных периодов в резервуаре с П.Д.Р.А. способствует устранению 95% или более аммонийного азота (N/NH₃) из потока сточных вод.

Дополнительное устранение азота достигается путем ассимиляции (абсорбирования и включения) азота в бактериальную клеточную массу для удовлетворения метаболических нужд. Этот азот устраняется из системы, когда избыток полужидких отбросов устраняется из резервуара для П.Д.Р.А. Данные практики показывают, что концентрация азота в массе полужидких отбросов находится между 5 и 8% от веса сухого материала. Устранение питательных веществ и высококачественные параметры очистки третичных систем могут быть достигнуты и при использовании вторичной системы очистки с Ц.Р.Н.П.П.Д.Р.А.

Таким образом, главной целью изобретения является обеспечение улучшенной системы очистки сточных вод.

Другой целью является обеспечение системы очистки сточных вод для удовлетворения конкретных нужд использования, которая требует лишь один резервуар или несколько резервуаров, работающих в параллельном режиме.

Другой целью является обеспечение уравнивания скорости притока (У.С.П.), полного рассеивания скорости притока с Q_max 7, уменьшая таким образом гидравлическую турбулентность, которая может вызвать неустойчивость СТВВЖ в течение фаз оседания и декантации цикла обработки.

Другой целью является создание предотстойной зоны, сквозь которую могут пройти лишь оседающие твердые вещества, для достижения разложения притока и отбора микроорганизмов путем предварительного расслоения. Данная цель достигается благодаря наличию в конструкции перегородки, окружающей сборник У. С. П. подвешенной над дном резервуара и вытянутой по вертикали в направлении верха резервуара.

Другой целью является создание в резервуаре области основной аэрации, включающей систему подачи воздуха, такую как нагнетатель или компрессор с моторным приводом, для подачи воздуха ко многим погруженным рассеивателям воздуха, установленным внутри резервуара и предпочтительно расположенным вблизи дна резервуара.

Другой важной целью является обеспечение декантации отстоя из-под поверхности жидкости в резервуаре. Эта цель достигается с помощью плавучего декантатора, расположенного на установленном расстоянии от противоположного конца резервуара, равном примерно половине расстояния от декантатора до предотстойной секции и благодаря такому расположению снижающего скорость потоков внутри резервуара приблизительно вдвое, улучшая этим качество отстоя.

Другой целью является обеспечение программируемой последовательности аэрации, осаждения и декантации в цикле обработки, которые для типичной эксплуатации занимают по времени 50% на аэрацию, 25% на осаждение и остальные 25% времени на декантацию. Для этой цели служит программный таймер.

Другие цели и преимущества, такие как низкая потребность в кислороде, улучшенная нитрификация и денитрификация, уменьшение потребности в энергии в течение периодов низкого притока и долгих простоев, улучшение оседания, меньший сброс полужидких отбросов, минимум наблюдения со стороны обслуживающего персонала, сохранение тепла, пиковые уровни БПК5, которые не ведут к резким изменениям в популяции микроорганизмов, уменьшение капиталовложений, расходов на строительство и эксплуатацию.

На фиг. 1 показано устройство по изобретению, общий вид; на фиг. 2 - сечение приблизительно по линии 2-2 на фиг. 1; на фиг. 3 общая схема системы; на фиг. 4 перспективное изображение декантатора с пространственным делением.

Далее на фигурах, где одно и то же обозначение на разных фигурах относится к одному и тому же элементу, 10 это общий вид изобретения; 11 - это резервуар или бак, сделанный из материала типа стекловолокно, длина которого значительно больше, чем его ширина и высота; 12 это система подачи притока типа трубы для подачи притока через тройник 20 и секцию трубы 21 почти на донную часть сосуда или сборника 28. Сборник 28 можно перемещать по отношению к секции 21 с помощью кольца с направляющими 24 и подвесных цепей 25. 26 цилиндрическая перегородка, подвешенная контролируемым образом над дном резервуара 11 на цепях 22 и регулируемых крепежных болтах 18; 16 крышка для доступа, закрепленная креплениями 17. Цилиндрическая перегородка 26, будучи большего диаметра, чем сборник 28, создает предотстойную зону 27, в то время как 30 ряд рассеивателей воздуха, подсоединенных к стояку 31, причем верхний конец стояка 31 в свою очередь должным образом подсоединен (не показано) к обыкновенному воздушному компрессору 58 (не показан), который установлен в люке 56.

32 это веревки или направляющие, надлежащим образом прикрепленные к дну резервуара (не показано), верхние концы которых оканчиваются в люке (не показано) и которые служат как средство направления и обнаружения плавучего основания 35 и колен 34 декантатора, 36 погруженный двигатель и насос, 38 - воронкообразная муфта, сделанная из подходящего материала типа резины, больший конец которой герметично присоединен к мотору и насосу 36, а нижний, меньший конец имеет небольшое отверстие с шариком 40, который выполняет роль контрольного клапана. 42 это рама, сделанная из пластиковых трубок или иного некорродирующего материала, с тройниками с четырьмя отводами 78, которые надлежащим образом прикреплены к секциям, образующим раму, по форме напоминающую пересекающиеся рельсы, 75 надземное вентиляционное отверстие люка. Рама 42 прикреплена к трубчатой раме 35 с помощью винтов 74 сквозь винтовые отверстия 76, причем винты 74 должным образом загнаны в трубчатую раму 35 для поддержания водонепроницаемости рамы 35.

44 гибкий шланг, надлежащим образом подсоединенный к выходу мотора и насоса 36, где 46 погруженный электрокабель, а 48 веревка или кабель, надлежащим образом присоединенная к рукоятке 50 мотора и насоса 36. Гибкий шланг 44 также должным образом подсоединен на своем противоположном конце (не показан) к трубе для выхода оттока 14, в то время как противоположный конец веревки или кабеля 48 оканчивается внутри люка 56 (не показано).

52 это ряд поплавков, в которых расположены соответствующие переключатели типа ртутных 66, 68, 70 и 72 соответственно, причем поплавки 52 подвешены регулируемым образом (не показано) из люка 56 на веревках или проводах 54, 60 это программируемый таймер, надлежащим образом установленный на соответствующей панели управления 65 (не показана), где 62 это распределительная коробка, а 64 это релейная распределительная коробка.

Таким образом создана система очистки сточных вод, практически состоящая из одного резервуара; системы подачи притока; уравнивающего скорость притока сборника, в который вначале поступает подаваемый приток, расположенного внутри резервуара, окруженного цилиндрической перегородкой, подвешенной над дном резервуара и идущей приблизительно со дна до верха резервуара, таким образом обеспечивая предотстойную зону, сквозь которую могут проходить лишь оседающие твердые вещества; устройств для аэрации в главном резервуаре; погруженных рассеивателей воздуха; плавучего декантатора для декантирования оттока из-под поверхности жидкости; ряда плавучих переключателей с регулируемой глубиной; программируемого таймера; люка и крышки для доступа, расположенной приблизительно над сборником У.С.П. и в этой системе различные упомянутые составляющие функционируют совместно, обеспечивая минимальную гидравлическую турбулентность и наилучшее качество отстоенного оттока даже при избыточной подаче притока.

Использование: для очисти сточных вод. Сущность изобретения: резервуар из стекловолокна без отсеков включает сборник с уравниванием первичного потока, окруженный цилиндрической перегородкой, которая практически устраняет гидравлическую турбулентность и создает предотстойную зону. Описывается новый тип плавучего декантатора, а также программируемая электронная схема, включающая регулировку времени аэрации, уровня жидкости и процессов декантации, что в результате дает качественные надосадочные очищенные сточные воды. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система очистки сточных вод, включающая резервуар, имеющий устройство для аэрации и рассеивания воздуха, устройства для подачи и приема подаваемых стоков, при этом последнее выполнено в виде закрытой в нижней части и открытой сверху емкости, окруженной открытой на верхнем и нижнем концах перегородкой, расположенной с зазором к емкости и днищу резервуара, устройство для декантации, отличающаяся тем, что емкость установлена с возможностью перемещения по высоте резервуара, перегородка подвешена и простирается до верха резервуара, выполненного герметичным, при этом устройство для декантации расположено с возможностью слива стоков из-под поверхности жидкости в резервуаре. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройства для подачи стоков имеют выход в нижней части указанной емкости для приема подаваемых стоков. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что резервуар выполнен из стекловолокна. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что емкость для приема стоков имеет цилиндрическую форму. 5. Система по п.4, отличающаяся тем, что перегородка, окружающая емкость для приема стоков, имеет цилиндрическую форму. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что емкость для приема стоков снабжена механизмом вертикального перемещения. 7. Система по п.1, отличающаяся тем, что перегородка, окружающая емкость для приема стоков, имеет устройство, позволяющее поднимать и опускать ее. 8. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для аэрации и рассеивания воздуха представляет из себя ряд горизонтальных труб, установленных приблизительно на дне резервуара и подсоединенных через стояки к устройству для аэрации. 9. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для декантации представляет из себя плавучий декантатор. 10. Система по п.9, отличающаяся тем, что плавучий декантатор имеет направляющие для перемещения приблизительно в вертикальной плоскости. 11. Система по п.1, отличающаяся тем, что декантатор расположен на расстоянии от конца резервуара, удаленного от перегородки, равном приблизительно половине расстояния от декантатора до перегородки. 12. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена программируемым таймером и контрольными переключателями, реагирующими на различные уровни жидкости в резервуаре, включая, как минимум, установленные верхний и нижний уровни, и подключенными к электронной схеме, обеспечивающей задаваемую цикличность работы системы в режиме минимальной гидравлической турбулентности.