УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ОСАДКА И ИЛА СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1999 года по МПК C02F3/28 C02F11/04 

Предлагаемое изобретение относится к технике обработке осадка и ила и может быть использовано на станциях биологической очистки городских и производственных сточных вод, а также животноводческих комплексов.

Известна установка стабилизации осадков сточных вод, содержащая метантенк, аэробный стабилизатор и сгуститель стабилизированного осадка (см. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. /Справочник проектировщика. М.: Стройиздат, 1981, с. 324).

Недостатками установки являются относительно большие капитальные и эксплуатационные затраты, малая производительность и эффективность работы из-за низкой интенсивности процессов обработки осадка, что ограничивает ее применение.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является установка для раздельной стабилизации осадка и ила сточных вод, содержащая аэробный стабилизатор прямоугольной формы с водосливом и перегородкой с нижним переливным окном, образующих камеры минерализации и биокоагуляции, а также камеру сгущения стабилизированного осадка, примыкающую к аэробному стабилизатору, внутри которого размещен прямоугольный метантенк, сообщенный переливным окном с камерой биокоагуляции, системы аэрации, перемешивания и нагрева сбраживаемого осадка, подачи сырого осадка и активного ила, отвода иловой воды и сгущенного стабилизированного осадка, а также дегазационный аэратор (см. авт. св. СССР N 1576498, кл. C 02 F 3/28, 1990) (прототип).

В известной установке интенсивнее идет процесс аэробной стабилизации за счет более высоких температур стабилизируемого ила, на подогрев которого используется тепло от метантенка. Однако аэробный стабилизатор в этой установке имеет сравнительно низкую производительность даже при высоких температурах обрабатываемого активного ила, так как поступающий в аэробный стабилизатор избыточный ил смешивается не со стабилизированным илом, а с илом, находящимся в стабилизаторе незначительное время. Поэтому процесс стабилизации избыточного ила в таком стабилизаторе протекает сравнительно долго, потому что пока не завершится окисление органических веществ, содержащихся в избыточном иле, не происходит самоминерализации ила. На первой стадии стабилизации ила мало содержится аэробных микроорганизмов "хищников", которые могли бы поедать часть микроорганизмов "жертв" и тем самым, минерализуя ил, обеспечивать наращивание в аэробном стабилизаторе аэробного ила, с большим количеством микроорганизмов "хищников".

Поэтому глубокая стабилизация ила в аэробном стабилизаторе требует значительных капитальных затрат на устройство сооружения и больших эксплуатационных затрат на подачу воздуха для аэрации ила.

Обработка сырого осадка в едином объеме метантенков сопровождается одновременным кислым и щелочным брожением. Поэтому добиться оптимальных технологических параметров для кислой и щелочной фаз брожения осадка одновременно невозможно. В связи с этим метантенкт в установке работает с малой производительностью и низким эффектом распада органических веществ.

Кроме того, сгуститель стабилизированного осадка в известной установке обладает низкой эффективностью, что обусловлено конструктивными особенностями впуска в него осадков и отвода иловой воды. Наличие в сгустителе погружной доски после переливных окон создает направленное движение осадка вниз, что вызывает взмучивание уплотненного осадка в приямках сгустителя. Отвод иловой воды с одной стороны сгустителя повышает нагрузку на водослив, что вызывает частичный вынос осадка.

Отсутствие средств регулирования изменения направления подъема пузырьков воздуха из аэратора в камере аэрации и дегазации не обеспечивает достаточной равномерности распределения восходящих пузырьков воздуха по сечению камеры, что не обеспечивает требуемую интенсивность окислительных процессов и дегазации.

Отсутствие средств побуждения выхода осадка из бункера камеры сгущения затрудняет выгрузку осадка и приводит к прорыву иловой воды через выходное отверстие бункера.

Техническая задача изобретения состоит в интенсификации процессов аэробной и анаэробной стабилизации и снижении капитальных и эксплуатационных затрат, повышение производительности и качества стабилизированной смеси.

Для достижения этого технического результата в установке раздельной стабилизации осадка и ила сточных вод, содержащей аэробный стабилизатор прямоугольной формы с водосливом и перегородкой с нижним переливным окном, образующих камеры минерализации и биокоагуляции, а также камеру сгущения стабилизированного осадка с бункером для сбора осадка, примыкающую к аэробному стабилизатору, внутри которого размещен прямоугольный метантенк, сообщенный переливным окном с камерой биокоагуляции, системы аэрации, перемешивания и нагрева сбраживаемого осадка, подачи сырого осадка и активного ила, отвода иловой воды и сгущенного стабилизированного осадка, а также дегазационный аэратор, предлагаются новшества.

Отличительными признаками предлагаемой установки раздельной стабилизации осадка и ила сточных вод от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является то, что она снабжена установленной в плоскости метантенка поперечной перегородкой с нижним перепускным окном, разделяющей эту плоскость на емкость кислого и щелочного сбраживания, а также установленными попарно в емкости щелочного сбраживания раздельными перегородками, образующими совместно с корпусом этой емкости секции щелочного брожения, сообщенные между собой посредством перепускных каналов в виде зазоров, образованных в каждой паре разделительных перегородок, одна из которых, обращенная в сторону емкости кислого брожения, жестко закреплена в корпусе с верхним краем, расположенным ниже уровня сбраживаемого осадка, при этом в верхней части обеих емкостей метантенка расположен трубопровод подачи питательного субстрата в камеру минерализации, емкость кислого сбраживания и перепускные каналы секций щелочного брожения, последняя из которых, сообщенная переливным окном с камерой биокоагуляции, выполнена с приямком для сбора стабилизированной смеси, сообщенным трубопроводами с нижними частями секций щелочного сбраживания, причем дегазационный аэратор размещен в камере биокоагуляции, а перегородка стабилизатора и стенка камеры сгущения стабилизированного осадка образуют между собой камеру фильтрации осадка во взвешенном слое, расширяющуюся к верхней части, при этом в камере минерализации установлен эрлифт, сообщающий зону водослива с зоной входа трубопровода для подачи активного ила в аэробный стабилизатор.

Целесообразно, чтобы установка была снабжена установленным в емкости кислого сбраживания автоклавом, сообщенным своей входной частью с системой нагрева и бункером камеры сгущения стабилизированного осадка, а выходной - с трубопроводом подачи питательного субстрата, при этом камера фильтрации осадка во взвешенном слое снабжена полочным осадителем, установленным в верхней части этой камеры, а образующая ее стенка сгустителя выполнена в своей средней части с перепускным окном, над которым смонтирована направляющая пластина.

Предпочтительно, чтобы в камере биокоагуляции был установлен регулятор изменения направления подъема пузырьков воздуха дегазационного аэратора, выполненный в виде шарнирно закрепленных над аэратором поворотных пластин, а над выходным отверстием бункера камеры сгущения стабилизированного осадка установлен водонепроницаемый поддон, соединенный с вибратором.

Техническая сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на
- фиг. 1 изображена схема заявляемой установки, вид сверху;
- фиг. 2 - вид установки сбоку, по А-А на фиг. 1;
- фиг. 3 - вид в разрезе, по Б-Б на фиг. 1;
- фиг. 4 - вид в разрезе, по В-В на фиг. 1;
- фиг. 5 - вид в разрезе по Г-Г на фиг. 1.

Установка содержит аэробный стабилизатор 1 прямоугольной формы с трубопроводом 2 для подачи ила, водосливом 3 и перегородкой 4 с нижним переливом окном 5, размещенным внутри аэробного стабилизатора 1 прямоугольный метантенк 6. Водослив 3 и перегородка 4 образуют камеру 7 минерализации и камеру 8 биокоагуляции с дегазацией; к стабилизатору 1 примыкает камера 9 сгущения стабилизированного осадка. В камере 7 установлен аэратор 10. В полости прямоугольного метантенка 6 установлена поперечная перегородка 11 и разделительные перегородки 12. Поперечная перегородка 11 одной своей поверхностью образует в полости метантенка 6 емкость кислого сбраживания 13. В поперечной перегородке 11 выполнено перепускное окно 14. Другой своей поверхностью перегородка 11 образует в плоскости метантенка 6 емкость щелочного сбраживания 15, сообщенную с емкостью кислого сбраживания посредством перепускного окна 14. В емкости щелочного сбраживания 15 размещены разделительные перегородки 12, образующие совместно с корпусом этой емкости секции щелочного брожения. Разделительные перегородки 12 жестко закреплены в корпусе метантенка 6 с верхним краем, расположенным ниже уровня сбраживаемого осадка. Попарно к каждой перегородке 12 с зазором относительно нее установлены перегородки 16 с образованием между перегородками 12 и 16 перепускных каналов 17. Перегородки 16 установлены с зазором относительно днища емкости 15, а своим верхним краем - выше уровня сбраживаемого осадка.

Камера 13 кислого сбраживания снабжена трубопроводом 19 подачи сырого осадка.

Целесообразно, чтобы внутри камеры 13 кислого сбраживания был размещен автоклав 20, нижняя часть которого снабжена патрубком 21 для подачи пара и стабилизированной уплотненной смеси ила и осадка, а верхняя - трубопроводом 22 для подачи питательного субстрата в аэробный стабилизатор 1, камеру 13 кислого брожения и перепускные каналы 17 секций щелочного брожения.

Камера 9 сгущения стабилизированного осадка 23 выполнена с перепускным окном 24, снабженным направляющей пластиной 25. Стенка 23 совместно с перегородкой 4 аэробного стабилизатора образует камеру 26 фильтрации осадка во взвешенном слое. Камера 26 выполнена с расширяющейся вверх нижней частью. В верхней части камеры 26 размещен лоток 27 для сбора иловой воды. Предпочтительно, чтобы верхняя часть камеры 26 была снабжена полочным осадителем 28.

В нижней части камеры 8, биокоагуляции размещен аэратор 29, снабженный регулятором изменения направления подъема пузырьков воздуха в виде пластин 30, установленных с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, параллельной стенкам камеры 8. Благодаря этому камера 8 биокоагуляции дополнительно выполняет функцию дегазации.

Последняя секция 15 щелочного сбраживания выполнена с выпускным окном 31. В верхней части камеры сгущения стабилизированного осадка установлен лоток для отвода иловой воды. Лотки 27 и 32 снабжены трубопроводом 33 для отвода иловой воды.

Нижняя часть камеры 13 кислого сбраживания и камер 15 щелочного сбраживания снабжены перфорированными коллекторами 34 для подачи пара. Коллекторы 34 соединены с трубопроводом 35 для подачи пара через эжекторы 36 и 37.

К эжектору 36 подсоединен трубопровод 38 подачи биогаза из верхней части камеры 13, а к эжектору 37 - трубопровод 39 подачи биогаза из верхней части камер 15.

Автоклав через патрубок 21 соединен с трубопроводом 40 подачи стабилизированной смеси уплотненного осадка и пара через эжектор 41, соединенный с трубопроводом 35 подачи пара и трубопроводом 42 подачи стабилизированной смеси.

Камеры 15 снабжены перфорированными трубопроводами 43 для подачи стабилизированной смеси из приямка последней камеры 15 и пара через эжектор 44, соединенный с трубопроводом 35 подачи пара и трубопроводом 45.

Аэраторы 10 и 29 соединены с коллектором 46 подачи сжатого воздуха.

Камера 7 минерализации снабжена эрлифтом 47, входная часть которого размещена перед переливной стенкой 3, а выходная посредством трубопровода 48 соединена с зоной входа трубопровода 2 подачи ила в аэробной стабилизатор.

Нижняя часть камеры 9 снабжена бункером 49 для сбора и отвода стабилизированной уплотненной смеси ила и осадка. Днище бункера снабжено под выходным отверстием водонепроницаемым подвижным в вертикальном направлении поддоном 50, соединенным с вибратором 51. Над поддоном 50 размещен трубопровод 52 для отвода смеси.

Установка работает следующим образом.

Сырой осадок по трубопроводу 19 и активный ил по трубопроводу 2 подаются соответственно в камеру 13 кислого сбраживания метантенка и в камеру 7 минерализации аэробного стабилизатора. Для поддержания процесса брожения в оптимальном режиме в камеру 13 по трубопроводу 35 через эжектор 36, в перфорированный коллектор 34 подается теплоноситель (пар) и осуществляется перемешивание сбраживаемой массы выделяющимся газом. Газ для перемешивания отбирается из трубопровода 38 и нагнетается эжектором 36.

После кислого сбраживания осадок через перепускное окно 14 направляется в камеру 15 щелочного сбраживания, где поднимается вверх и через перепускной канал 17 снова опускается вниз с одновременным интенсивным перемешиванием. Далее осадок выходит через окно 18 во вторую камеру 15 щелочного сбраживания, затем снова по каналу 17 опускается вниз и т.д. до выхода в последнюю камеру 15.

В камеру 15 по трубопроводу 35 через эжектор 37, перфорированный коллектор 34 так же подается пар и осуществляется перемешивание сбраживаемой массы выделяющимся газом. Газ для перемешивания отбирается из трубопровода 39 из верхней части камер 15 и нагнетается эжектором 37.

В результате действия кислото- и метанообразующих бактерий сырой осадок в метантенке превращается в анаэробно стабилизированный осадок. В камере 7 минерализации в присутствии растворенного кислорода, требуемая концентрация которого с минерализуемой массой активного ила поддерживается системой 10 аэрации, осуществляется биохимическое окисление внутриклеточного субстрата микроорганизмов активного ила. Подогрев минерализуемой массы за счет теплопотерь метантенка 6 через его общую смежную стенку с аэробным стабилизатором 1 способствует повышенной скорости биохимического окисления активного ила в камере 7 минерализации аэробного стабилизатора 1 и превращению его в аэробно стабилизированный ил.

Для дальнейшей активизации биохимических процессов при обработке осадка в камере 15 щелочного сбраживания обеспечивается подача осадка из бункера последней камеры 15 через трубопровод 45 и перфорированные трубы 43. При этом через трубопровод 35 и эжектор 44 одновременно нагнетается пар, который интенсивно перемешивается с осадком и обеспечивается повышение активности смеси, что способствует интенсификации биохимических процессов при обработке осадка в камерах 15.

Из последней камеры 15 через переливное окно 31 анаэробно стабилизированный осадок поступает в камеру 8 биокоагуляции и дегазации, где смешивается с аэробно стабилизированным илом, поступающим туда из камеры 7 минерализации через водослив 3.

Снабжение камеры 7 минерализации эрлифтом 47 позволяет рециркулировать минерализованный ил из конца камеры перед переливной стенкой 3 в начало этой камеры, вместе с подачей ила в аэробный стабилизатор, что увеличивает интенсивность биохимического процесса при минерализации ила.

Аэрирование системой 29 аэрации, образующейся в камере 8 биокоагуляции, смеси способствует протеканию здесь за счет высокой сорбционной активности аэробного стабилизированного ила процесса биокоагуляции мелкодисперсной взвеси. При этом в камере 8 аэрацией подавляется процесс образования газов брожения в массе анаэробного стабилизированного осадка, так как кислород угнетающе действует на метаболизм метанообразующих бактерий, продуцирующих газы брожения.

Из камеры 8 стабилизированный, прошедший стадию биокоагуляции, осадок через окно 5 перегородки 4 поступает в дополнительную камеру 26, где проходит слой взвешенного осадка и дополнительно коагулируется в нем. Избыток взвешенного осадка через окно 24 направляется в камеру 9, где уплотненный и обезвоженный осадок собирается в бункере 49. Иловая вода собирается в лотках 27 и 28 и по трубопроводу 33 отводится из установки.

При установке поддона 50 в бункер 49, соединенного с вибратором 51 в момент работы вибратора поддон испытывает колебательные движения и разрушает "свод" осадка, разжижает его, вследствие чего повышается текучесть осадка, который через зазор между кромками поддона и стенкой бункера 49 через сливное окно в бункере удаляется из последнего. Этим обеспечивается кроме того, предотвращение прорыва иловой воды через осадок в сливное окно бункера и повторное разжижение осадка.

При установке полочного осадителя 28 обеспечивается дополнительное улавливание осадка и его возвращение в зону взвешенного осадка.

При размещении автоклава 20 в камере 13 кислого сбраживания, подачи в него пара и стабилизированного осадка осуществляется через патрубок 21, трубопроводы 40, 42. При этом стабилизированный осадок подсасывается эжектором 41, перемешивается и нагнетается им в автоклав. За счет паров продукт нагревается до температуры более 100^oC при давлении выше атмосферного. Наличие в автоклаве температуры среды более 100^oC и давления выше атмосферного позволяет довести в нем процесс до образования пара внутриклеточного вещества.

За счет паровзрывного и термического эффектов наступает быстрое разрушение оболочек и клеток анаэробных микроорганизмов с получением биологически активного вещества в виде стимулирующего продукта для процесса сбраживания органических отходов. Полученные в автоклаве биологически активные вещества при избыточном давлении поступают по трубопроводу 22 в камеру 13 кислого сбраживания, камеру 7 и перепускные каналы 17 камер 15 щелочного сбраживания. В каналах 17 из-за ограниченного объема и турбулентности потока происходит интенсивное перемешивание с осадком, что повышает биохимический процесс сбраживания.

При этом теплопотери автоклава используются для нагрева осадка камеры 13 кислого сбраживания, что повышает биохимический процесс.

Установка струенаправляющих пластин 30 в камере 8 дегазации обеспечивает оптимальные условия смешивания ила с осадком и отдувку биогаза воздухом за счет создания вращательной циркуляции двух встречных потоков. Изменение угла наклона пластин над аэраторами позволяет увеличить или уменьшить расстояние между пластинами и стенками камеры дегазации, что приводит к изменению скорости подъема водовоздушной смеси. С увеличением зазора между пластинами и стенкой камеры скорость подъема водовоздушной смеси будет меньше и ее энергия будет заметно убывать. С уменьшением зазора между пластинами и стенками камеры скорость подъема водовоздушной смеси увеличивается и затухание энергии потока будет протекать дольше, поэтому круг вращения ила и осадка возрастает, а вместе с этим повышается интенсивность смешивания ила с осадком и удаление из смеси биогаза. Удаление биогаза из смеси создает более благоприятные условия для биокоагуляции.

Таким образом, предлагаемая установка для раздельной стабилизации осадка и ила сточных вод по сравнению с прототипом (авт. св. N 1576498) позволяет повысить скорость и полноту биохимических процессов при последовательном кислотном и щелочном сбраживании, обеспечить интенсивное перемешивание смеси в перепускных каналах между камерами щелочного сбраживания. При этом движение осадка в каждой секции снизу вверх улучшает газовыделение биогазов. Размещение автоклава в камере кислого сбраживания позволяет полнее использовать подводимое тепло и обеспечить подачу осадка с питательным субстратом с тщательным перемешиванием в перепускных каналах перед очередной камерой щелочного сбраживания, что дополнительно интенсифицирует процесс брожения осадка.

Снабжение камеры сгущения стабилизированного осадка дополнительной камерой пропуска осадка через взвешенный слой позволяет повысить уплотнение и обезвоживание осадка.

Установка полочного осадителя в дополнительной камере повышает качество разделения иловой воды и осадка.

Снижение камеры биокоагуляции и дегазации поворотными пластинами позволяет интенсифицировать биокоагуляцию и отдувку биогаза. Это приводит к существенному повышению производительности установки, снижению капитальных и эксплуатационных затрат.

Изобретение может быть использовано на станциях биологической очистки сточных вод. Результат изобретения - снижение капитальных и эксплуатационных затрат и повышение производительности. Установка содержит аэробный стабилизатор 1 с трубопроводом 2 для подачи ила, водосливом 3 и перегородкой 4, размещенный внутри стабилизатора метантенк 6. Водослив 3 и перегородки 4 образуют камеру 7 минерализации, камеру 8 биокоагуляции с дегазацией и камеру 9 сгущения стабилизированного осадка. Метантенк 6 разделен перегородками 11 и 12 на камеру кислого сбраживания, камеры щелочного сбраживания. К перегородкам 12 попарно с зазором укреплены дополнительные стенки, образующие перепускные каналы. Камера кислого сбраживания снабжена трубопроводом 19 подачи сырого осадка. Целесообразно внутри этой камеры разместить автоклав 20 с патрубком 21 для подачи пара и стабилизированной уплотненной смеси в его внутреннюю часть, а также патрубок для вывода из автоклава питательного субстрата в стабилизатор 1, камеру кислого сбраживания и перепускные каналы. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка раздельной стабилизации осадка и ила сточных вод, содержащая аэробный стабилизатор прямоугольной формы с водосливом и перегородкой с нижним переливным окном, образующей камеры минерализации и биокоагуляции, а также камеру сгущения стабилизированного осадка с бункером для сбора осадка, примыкающую к аэробному стабилизатору, внутри которого размещен прямоугольный метантенк, сообщенный переливным окном с камерой биокоагуляции, системы аэрации, перемешивания и нагрева сбраживаемого осадка, подачи сырого осадка и активного ила, отвода иловой воды и сгущенного стабилизированного осадка, а также дегазационный аэратор, отличающаяся тем, что она снабжена установленной в полости метантенка поперечной перегородкой с нижним перепускным окном, разделяющей эту полость на емкости кислого и щелочного сбраживания, а также установленными попарно в емкости щелочного сбраживания разделительными перегородками, образующими совместно с корпусом этой емкости секции щелочного брожения, сообщенные между собой посредством перепускных каналов, в виде зазоров, образованных в каждой паре разделительных перегородок, одна из которых, обращенная в сторону емкости кислого сбраживания, жестко закреплена в корпусе с верхним краем, расположенным ниже уровня сбраживаемого осадка, а другая - с зазором относительно днища емкости, и своим верхним краем - выше уровня сбраживаемого осадка, при этом в верхней части обеих емкостей метантенка расположен трубопровод подачи питательного субстрата в камеру минерализации, емкость кислого сбраживания и перепускные каналы секций щелочного брожения, последняя из которых, сообщенная переливным окном с камерой биокоагуляции, выполнена с приямком для сбора стабилизированной смеси, сообщенным трубопроводами с нижними частями секций щелочного сбраживания, причем дегазационный аэратор размещен в камере биокоагуляции, а перегородка аэробного стабилизатора и стенка камеры сгущения стабилизированного осадка образуют между собой камеру фильтрации осадка во взвешенном слое, расширяющуюся к верхней части, при этом в камере минерализации установлен эрлифт, сообщающий зону водослива с зоной входа трубопровода для подачи активного ила. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена установленным в емкости кислого сбраживания автоклавом, сообщенным своей входной частью с системой нагрева и бункером камеры сгущения стабилизированного осадка, а выходной - с трубопроводом подачи питательного субстрата. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена полочным осадителем, установленным в верхней части камеры фильтрации осадка во взвешенном слое, при этом образующая ее стенка камеры сгущения стабилизированного осадка выполнена в своей средней части с перепускными окнами, над которым смонтирована направляющая пластина. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена установленным в камере биокоагуляции регулятором изменения направления подъема пузырьков воздуха дегазационного аэратора, выполненным в виде шарнирно закрепленных над аэратором поворотных пластин. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным под выходным отверстием бункера камеры сгущения стабилизированного осадка водонепроницаемым поддоном, соединенным с вибратором.