УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1998 года по МПК C02F3/30 C02F3/32 

Изобретение относится к устройствам для обработки бытовых сточных вод, а именно к почвенным фильтрам, ботаническим площадкам, устройствам для фильтрования, хранения и утилизации очищенных вод, и может быть использовано при очистке бытовых сточных вод отдельно расположенных объектов малонаселенных пунктов и индивидуальных жилых домов.

Эффективность биологической очистки достигается благодаря протекающим в почве и водной фазе сложным физическим, химическим и биологическим процессам, а утилизация воды с максимально возможной пользой осуществляется при повторном использовании ее в сельском хозяйстве, например, для орошения растений.

Известно устройство для обработки бытовых сточных вод [1], состоящее из искусственного водоема, ограниченного вертикальными экранами и углублением, снабженным аэратором, фильтрующей поверхностью. Устройство работает либо в постоянном, либо в периодическом режиме. Оно достаточно громоздко и занимает большую площадь. Обработка воды в нем выполняется за счет аэрирования и разовой фильтрации через почвенно-растительный фильтр. Эффективность водоочистки у такого устройства невелика из-за отсутствия предварительной очистки воды и того, что углубление, в которое поступает исходная сточная вода, будет быстро засоряться и в условиях постоянного увлажнения заиливаться.

Кроме того, не предусмотрены меры для нормального существования биологического сообщества в углублении в случаях временного прекращения подачи воды и связанного с ним пересыхания почвы. Устройство непригодно для использования в зимнее время, в условиях промерзания почвы и трубопроводов. Утилизация воды в устройстве идет в основном в грунт.

Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для обработки бытовых сточных вод от индивидуальных жилых домов, пригодное для работы с переменным количеством воды [2]. Это устройство состоит из подземного анаэробного фильтра с песчанно-гравийной загрузкой и дренажем, аэробного почвенно-растительного фильтра, трубопроводом для подачи воды на аэробный фильтр. Исходная сточная вода поступает на подземный анаэробный песчанно-гравийный фильтр, затем после фильтрации на нем часть воды уходит в грунт, а другая часть подается на горизонтальный аэробный почвенно-растительный фильтр и, пройдя одноразовую очистку на нем, выводится в грунт.

Утилизация воды в таком устройстве выполняется главным образом за счет сброса ее в грунт. Качество обрабатываемой и сбрасываемой воды никак не контролируется, поэтому она после обработки на фильтрах может содержать некоторое превышающее уровень ПДК количество примесей, не соответствующее экологическим нормам для сбрасывания в грунт.

Кроме того, в устройстве не предусмотрено ни накопление, ни хранение очищаемой воды. Неясны условия работы в зимнее время в условиях промерзания почвы, а летом возможно быстрое насыщение и заиливание не имеющего уклона почвенно-растительного фильтра.

Чтобы повысить эффективность очистки, надо увеличивать площадь почвенно-растительного фильтра и чаще менять почвенный слой под посадками растений. Это для потребителей с небольшими земельными участками неприемлемо.

Таким образом, задача повышения эффективности очистки и утилизации бытовых сточных вод от индивидуальных жилых домов и небольших поселков не решена.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки и утилизации воды в экологически жестких условиях, при создании компактного экономичного устройства для водообработки, занимающего небольшие площади и обеспечивающего оптимальный температурный режим для технологических процессов в любое время года.

Поставленная задача решается тем, что устройство для обработки бытовых сточных вод, состоящее из подземного анаэробного фильтра, почвенно-растительного фильтра и трубопровода для подачи воды на почвенно-растительный фильтр, снабжено фильтром-усреднителем, соединенным через промежуточную емкость с почвенно-растительным фильтром, выполненным в виде склона с искусственным биоценозом, разделенным на сектора, у основания склона выполнена траншея с посадками водной растительности, соединенная самотечным дренажным каналом с анаэробным фильтром-коллектором, размещенным в зоне действия теплонакопителя, расположенным под склоном, фильтр-коллектор снабжен по меньшей мере одной полостью для накопления воды.

Поставленная задача решается также тем, что в малофильтрующей основе почвенно-растительного фильтра может быть расположен змеевик теплообменника.

Поставленная задача решается также тем, что противоположный склону край траншеи может быть обвалован землей.

Поставленная задача решается также тем, что промежуточная емкость может быть разделена на секции.

Поставленная задача решается также тем, что один из секторов почвенно-растительного фильтра расположен в закрытом обогреваемом помещении и представляет собой слой хорошо фильтрующей почвы, расположенный на наклонной нефильтрующей плоской основе.

На чертеже изображено устройство для обработки бытовых сточных вод. Устройство состоит из теплообменника 1, фильтра-усреднителя 2, промежуточной емкости 3, почвенно-растительного фильтра - склона 4, разбитого на сектора, траншеи с посадками водных растений 5, подземного самотечного дренажного канала 6, анаэробного фильтра-коллектора 7 с полостью для накопления и хранения воды 8, водозаборника 9, теплонакопителя 10 и узла 11 для автоматического перераспределения потоков воды.

Почвенно-растительный фильтр выполнен в виде склона, что позволяет организовать самотечный сток воды для дальнейшей обработки в подземном анаэробном фильтре-коллекторе, предотвращает заиливание почвы. Фильтрующий слой на склоне выполнен из искусственной почвы с улучшенными агротехническими и микробиологическими характеристиками, на которой выращивают специально подобранные растения, утилизирующие воду и примеси.

Растения на нем высажены таким образом, чтобы внизу склона были организованы поперечные склону борозды, задерживающие интенсивный сток воды в траншею с водной растительностью.

Нижний слой фильтрующей загрузки располагается на малофильтрующей основе, внутри которой смонтирован змеевик-теплообменник 1 для подачи теплой сточной воды. Вместе с тем, теплообменник обогревает также и верхнюю часть анаэробного биофильтра, содержащего воду и фильтрующую загрузку, одновременно служащую теплонакопителем.

Кроме того, анаэробный фильтр-коллектор находится в зоне действия подземного теплонакопителя.

Склон разбит на функционально различающиеся сектора, на которые подается через промежуточную емкость вода. На один из них она поступает из фильтра-усреднителя, на другой - из анаэробного фильтра. Последующие сектора служат для снятия пиковых нагрузок и могут задействоваться при отключении одного из рабочих секторов.

У основания склона расположена траншея 5 с посадками водных растений. Противоположный склону край траншеи обвалован землей. Это увеличивает объем траншеи, способной принять избыточные количества воды.

Анаэробный фильтр представляет собой пространство, заполненное загрузкой из любого подходящего материала, служащего носителем анаэробной микрофлоры, например, гравия, внутри которого равномерно распределены песок и цеолитсодержащая порода, или отдельных свободноплавающих фракций из пористого синтетического материала.

Внутри фильтра находится по меньшей мере одна полость - коллектор, предназначенная для накопления и хранения обработанной сточной воды. Объем фильтра, принимающий воду, задается примерно равным десятисуточному объему потребляемой в доме воды, что обеспечивает время пребывания в ней воды, достаточное для отмирания основной части патогенной микрофлоры, и удовлетворяет режиму кондиционирования воды по составу в анаэробном фильтре-коллекторе.

Анаэробный фильтр в местах с суровым климатом может быть размещен в зоне действия любого теплонакопителя.

Устройство работает следующим образом.

Сточная вода после механической очистки от грубых частиц подается через теплообменник 1 в фильтр-усреднитель 2. Здесь она освобождается от взвешенных частиц и кондиционируется до заданных характеристик по составу. Затем она подается через промежуточную емкость 3 на один из секторов почвенно-растительного фильтра 4, насыщает его и частично испаряется. Основная масса воды, фильтруясь, проходит по склону в траншею с водными растениями 5, откуда ее избыток поступает через канал 6 в анаэробный фильтр-коллектор 7.

Затем очищенная вода из полости 8 снова подается через одну из секций промежуточной емкости 3 на другой сектор почвенно-растительного фильтра 4, где она проходит более глубокую очистку, после чего через траншею 5 и дренажный канал 6 возвращается в фильтр-коллектор 7. Узел 11 автоматически перераспределяет потоки воды в теплообменник и на склон.

Каждый сектор работает главным образом днем. Это позволяет чередовать увлажнение склона с его просушкой.

Растения в траншее являются мощным дополнительным фактором, перерабатывающим примеси из сточной воды. Переработка идет в прикорневой зоне, в пределах которой формируется биологическое экосообщество, включающее корни растения и почвенные микроорганизмы, активно взаимодействующие с примесями. Часть примесей из воды растения усваивают непосредственно.

Кондиционирование воды состоит в том, что небольшие объемы воды, поступающие из фильтра-усреднителя через первый сектор почвенно-растительного фильтра в траншею с водной растительностью, распределяются в значительно больших объемах воды, циркулирующей по замкнутой цепочке: почвенно-растительный фильтр - траншея с водной растительностью - дренажный канал - анаэробный фильтр и в дальнейшем подвергаются процессам очистки, происходящим в этих узлах устройства.

Ступенчатое кондиционирование состава воды в фильтре-усреднителе, а также в анаэробном фильтре способствует максимальному сближению ее характеристик до характеристик прикорневой жидкости растений для выбранного биоценоза почвенно-растительного фильтра, повышая эффективность устройства.

Предлагаемая организация почвенно-растительного фильтра позволяет достигнуть максимальное водонасыщение фильтра, достаточное обеспечение водой растений и интенсивное испарение воды с поверхности фильтра и листвой растений.

Таким образом, вода многократно обрабатывается в цепочке почвенно-растительный фильтр - траншея с водной растительностью - подземный дренажный канал - анаэробный фильтр-коллектор. Это позволяет достигнуть нужное качество обрабатываемой воды.

Утилизация воды на технические цели и другие мероприятия идет как из полости фильтра-коллектора, так и из емкости 3.

Таким образом, предлагаемое устройство для обработки сточных вод может быть использовано для очистки, утилизации и хранения сточных вод.

Эффективность обработки и утилизации воды достигается следующим образом. Исходная вода перед подачей на почвенно-растительный фильтр 4 обрабатывается в фильтре-усреднителе 2, где она доводится до заданного качества фильтрованием, подщелачиванием, разбавлением и частично биохимической обработкой (первый - этап кондиционирования).

Кондиционирование воды в фильтре-усреднителе необходимо для получения воды однородного заданного состава, приемлемого для ее дальнейшей обработки на почвенно-растительном фильтре.

Эффективность очистки достигается также тем, что устройство функционирует как замкнутая система с достаточно большой влагоемкостью. Это реализуется выполнением анаэробного фильтра с полостью для накопления воды, искусственной задержкой воды на почвенно-растительном фильтре, использованием траншеи с водной растительностью и для накопления воды, особенно в зимнее время. Кроме того, вода многократно проходит по замкнутой цепочке почвенно-растительный фильтр - траншея с водной растительностью - дренажный канал - анаэробный фильтр. В результате очищаемая вода многократно обрабатывается в биофильтрах и постоянно подается к корням растений, что увеличивает эффективность их питания и испарения воды.

Многократная обработка воды на склоне и в траншее с водной растительностью вместе с тем позволяет как бы увеличить длину склона, поскольку достигается эффект обработки воды, соответствующий одноразовой обработке на более длинном склоне.

Организация замкнутого цикла водообработки, компактное расположение узлов устройства, обеспечение заданного температурного режима, с помощью теплообменника и теплонакопителя, а также повышенная влагоемкость всего устройства позволяют увеличить эффективность обработки, утилизации воды и устойчивую работу всего водоочистного комплекса в любое время года при размещении устройства водообработки на сравнительно небольших площадях, в пределах размеров наклонного почвенно-растительного фильтра.

Полость фильтра-коллектора позволяет с максимальным эффектом использовать (утилизировать) сточные воды для технических целей, в том числе и обеспечения нормальной работы устройства. Например, для подачи очищенной воды в фильтр-усреднитель для разбавления исходной сточной воды, а также для организации непрерывной подачи воды на почвенно-растительный фильтр, как для испарения из искусственного слоя, так и для поддержания роста зеленой массы растений.

Промежуточная емкость служит дня согласования фильтра-усреднителя с почвенно-растительным фильтром и равномерной подачи воды.

Источники информации
1. Юрьев Б.Т. Почвенный фильтр. Авторское свидетельство СССР N 1685881 А1, кл. C 02 F 3/32.

2. Heeb J., Zust В. Sand and plant filter systems. In Ecological Engineering for Wastewater Treatment. Proceeding of the International Conference at Stensund Folk College. Sweden March 24-28, 1991 Ed. Etnier C., Guterstam B. Bokskogen, Sweden, 1991, p. 199н

Устройство может быть использовано при очистке бытовых сточных вод отдельно расположенных объектов малонаселенных пунктов и индивидуальных жилых домов, а также при хранении и утилизации очищенных вод. В устройстве, состоящем из фильтра-усреднителя 2, подземного анаэробного биофильтра 7, разделенного на сектора поверхностного наклонного почвенно-растительного фильтра 4, траншеи с водной растительностью 5, расположенной у основания склона и обвалованной со стороны, противоположной склону, а также подземного дренажного канала 6, соединяющего траншею с анаэробным фильтром непосредственно под склоном, все узлы размещены компактно с учетом максимальной эффективности водообработки и температурного режима устройства. Предусмотрено кондиционирование воды по качеству в фильтре-усреднителе и в подземном анаэробном биофильтре. Для накопления воды служат полость 8 внутри анаэробного фильтра, а также траншея с водной растительностью. Температурный режим устройства поддерживается на заданном уровне с помощью теплообменника 1, введенного в малофильтрующую основу почвенно-растительного фильтра. Эффективность биологической очистки достигается благодаря протекающим в почве и водной фазе сложным физическим, химическим и биологическим процессам. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для обработки бытовых сточных вод, состоящее из анаэробного фильтра, почвенно-растительного фильтра и трубопровода подачи воды на почвенно-растительный фильтр, отличающееся тем, что устройство снабжено фильтром-усреднителем, соединенным через промежуточную емкость с почвенно-растительным фильтром, выполненным в виде склона с искусственным биоценозом, разделенным на сектора, у основания склона выполнена траншея с посадками водных растений, соединенная самотечным дренажным каналом с анаэробным фильтром-коллектором, размещенным в зоне действия теплонакопителя, расположенного под склоном, фильтр-коллектор снабжен по меньшей мере одной полостью для накопления воды. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в малофильтрующей основе почвенно-растительного фильтра расположен змеевик теплообменника. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что противоположный склону край траншеи обвалован землей. 4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что промежуточная емкость разделена на секции. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что один из секторов почвенно-растительного фильтра расположен в закрытом обогреваемом помещении и представляет собой слой хорошо фильтрующей почвы, расположенный на наклонной не фильтрующей плоской основе.