УСТРОЙСТВО ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА И ФОСФОРА Российский патент 1999 года по МПК C02F3/30 C02F9/00 

Изобретение относится к области биологической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод.

Известно устройство для биологической очистки сточной жидкости. Устройство содержит аэрофильтр с загрузкой из жестких ершей аэротенка со струйными аэраторами, вторичный отстойник с тонкослойными модулями, трубопроводами рециркуляции иловой смеси возвратного ила, рециркуляционный насос. Отмечая такие достоинства данного устройства как простота аэрационной системы (циркуляционный насос, струйный аэратор), небольшая энергоемкость устройства, нужно заметить, что громоздкость конструкции из-за расположения отдельных емкостей (аэрофильтр, аэротенк, вторичный отстойник) друг над другом, неспособность задерживать соединений азота и фосфора (при жестком нормировании содержания этих компонентов в отчищенной воде) значительно снижает эффективность данного устройства (патент РФ N 20511290, кл. С 02 F 3/02, 1995 г.)
Известно также устройство, в котором введением денитрификатора решена задача удаления азота из сточных вод. Но остается сложность конструкции устройства, наличие одной аноксидной зоны увеличивает кратность циркуляции, что влечет за собой повышение энергоемкости устройства. Не предусмотрено удаление другого биогенного вещества - фосфора, а также недостаточна степень очистки по органическим загрязнениям и при сбросе очищенной воды в водоемы рыбохозяйственного значения необходимо дополнительное оборудование. (см.патент РФ N 2051134, кл. С 02 F 3/30,1995 г.)
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является станция глубокой очистки сточных вод.

Станция содержит последовательно расположенные аэротенки- отстойники первой и второй ступеней, денитрификатор, биореактор, угольный фильтр, трубопроводы подачи обрабатываемой воды, сжатого воздуха, реагентов. Недостатком данного устройства является наличие разнообразного оборудования (воздуходувки, насосы, реагентный узел), что усложняет и удорожает эксплуатацию (см. патент РФ N 2048457, кл. C 02 F 9/00, 1995 г.)
Изобретение направлено на создание дополнительных анаэробной и аноксидных зон с иммобилизованными и взвешенными культурами микроорганизмов, уменьшение энергозатрат без усложнения технологического оборудования.

Это достигается тем, что устройство снабжено анаэробной камерой для культивирования в анаэробных условиях рециркулирующего возвратного активного ила, где происходит высвобождение фосфатов из активного ила в жидкую фазу, а после возврата активного ила в аэробные условия интенсивное потребление фосфатов из очищаемой воды. Для того, чтобы обеспечить процесс очистки обрабатываемой воды в чередующихся анаэробных и аэробных зонах, в которых используется сочетание прикрепленных и взвешенных культур, а также аэрацию обрабатываемой воды в аэробных зонах и только лишь при работе рециркулирующего насоса, устройство снабжено цилиндроконическими вертикально установленными корпусами с перепадом уровней обрабатываемой воды. Камера пост-аэрации размещена в цилиндроконическом корпусе с повышенным уровнем обрабатываемой воды. Необходимое количество активного ила в рециркулирующей иловой смеси обеспечивается флотацией пузырьками воздуха, всасываемого струйным аэратором. Камера биореактора с псевдоожиженным слоем зернистого сорбирующего материала и уплотненным взвешенным фильтром из активного ила с развивающейся культурой денитрификаторов, камера газоотделения и камера отстаивания размещены в корпусе с пониженным уровнем обрабатываемой воды. В камере биореактора размещены конусные илоотводящие воронки с трубопроводами отвода возвратного активного ила, расположенные вершинами друг к другу по оси восходящего потока иловой смеси, образуя линейчатую поверхность конуса второго порядка, которая уменьшая площадь живого сечения камеры биореактора, изменяет скорость восходящего потока иловой смеси, удерживающие в пространстве между основаниями илоотводящих воронок уплотненный взвешенный фильтр из активного ила, содержащей культуру денитрификаторов. В верхней части цилиндрического корпуса с пониженным уровнем обрабатываемой воды коаксиально установлена цилиндрическая перегородка, образующая камеры газоотделения и отстаивания. Это позволяет предотвратить вынос частичек ила пузырьками выделяющегося азота в камеру отстаивания. Перепад уровней обрабатываемой воды в цилиндроконических вертикально установленных корпусах обусловлен потерями напора при прохождении обрабатываемой воды из одного корпуса в другой. Чтобы воспрепятствовать вымыванию из аэробных зон медленно растущую культуру нитрификаторов, камеры аэрации и пост-аэрации оборудованы носителем иммобилизованной культуры нитрификаторов. Камера аэрации оборудована струенаправляющими перегородками таким образом, что поступающая обрабатываемая вода вначале подвергается обработке взвешенной культурой активного ила, а затем иммобилизованной культурой нитрификаторов. Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства;
на фиг. 2 - вид камер анаэробного культивирования активного ила, денитрификации, аэрации сверху;
на фиг.3 - продольный разрез камеры анаэробного культивирования активного ила.

Устройство для биологического удаления из сточных вод органических веществ, соединений азота и фосфора содержит трубопроводы подачи исходной сточной воды - 1; рециркулирующего взвешенного активного ила - 2; смеситель - 3; камеру сорбции - 4 с подающем стояком - 5 и кольцевой щелью для отвода иловой смеси - 6; камеру анаэробного культивирования рециркулируещего возвратного активного ила - 7 с желобом сбора осветленной воды - 8; камеру аэрации - 9 со струйными аэраторами - 10, снабженную струенаправляющими перегородками - 11, носителем иммобилизованной культуры нитрификаторов - 12, перфорированными трубопроводами распределения обрабатываемой воды - 13 и сбора нитрифицированной иловой смеси - 14; камеру денитрификации - 15 с носителем иммобилизованной культуры денитрификаторов - 16 и системой перфорированных распределительных трубопроводов - 17; трубопроводы отвода осветленной воды из камеры анаэробного культивирования активного ила в камеру аэрации - 18 и в камеру денитрификации - 19 с задвижкой -20; трубопровод отвода ила из камеры анаэробного культивирования - 21 через задвижку - 22 на рециркуляцию, через задвижку - 23 - избыточного ила; рециркуляционный насос - 23 со всасывающими трубопроводами - 24 и напорным - 25; струйный аэратор - 26; цилиндроконический вертикально установленный корпус с повышенным уровнем обрабатываемой воды - 27, в котором размещена камера пост-аэрации - 28 с носителем иммобилизованной культуры нитрификаторов - 29 и желобом сбора рециркулирующей иловой смеси - 30; перепускной трубопровод - 31 с задвижкой регулирования расхода обрабатываемой иловой смеси - 32; цилиндроконический вертикально установленный корпус с пониженным уровнем обрабатываемой воды -33, в котором размещены камера биореактора - 34 с псевдоожиженным слоем сорбирующего зернистого материала - 35, конусными илоотводящими воронками с трубопроводами - 36, и взвешенным фильтром из активного ила - 37; цилиндрическая перегородка - 38, разделяющая камеры газоотделения - 39 и отстаивания - 40 с кольцевым желобом сбора очищенной воды- 41; задвижки регулирования количества возвратного рециркулирующего ила - 42; трубопровод отвода рециркулирующей иловой смеси на струйные аэраторы камеры аэрации - 43; трубопровод отвода очищенной воды - 44 на струйные аэраторы - 45.

Устройство работает следующим образом.

Исходная сточная вода и рециркулирующий возвратный активный ил по трубопроводам соответственно 1 и 2 поступают в смеситель 3, где, смешиваясь, изливаются в подающий стояк 5. Насыщенная воздухом, иловая смесь поступает в нижнюю часть камеры сорбции 4 и, поднимаясь вверх, создает взвешенный слой активного ила. Происходят сорбция растворимых органических веществ, использование растворенного кислорода, образование хлопьев активного ила. Через кольцевую щель 6, иловая смесь поступает в камеру анаэробного культивирования возвратного активного ила 7, где происходит отделение ила от воды. Осветленная вода собирается желобом 8, а активный ил оседает в нижнюю часть камеры и, уплотняясь, находится в анаэробных условиях в течение определенного времени. Происходят высвобождение фосфора из активного ила, анаэробная деструкция органических загрязнений. Высвобожденный от фосфатов возвратный активный ил по трубопроводу 21 через задвижку 22, регулирующую его количество, поступает во всасывающий трубопровод 24 рециркуляционного насоса 23. Осветленная вода из сборного желоба 8 трубопроводами 18 и 19 поступает соответственно в камеры аэрации 9 и денитрификации 15. Количество осветленной воды, поступающей в камеру денитрификации, как органический субстрат для культуры денитрификаторов, регулируется задвижкой 20. Осветленная вода поступает в камеру аэрации 9 через перфорированные трубопроводы 13, где с помощью струенаправляющих перегородок 11 подвергается вначале обработке взвешенной культурой активного ила, а затем, после значительного снижения органических загрязнений, поступает в зону иммобилизованной культуры нитрификаторов 12. Аэрация производится водовоздушной смесью, поступающей из струйных аэраторов 10. Собираясь перфорированным трубопроводом 14, иловая смесь поступает в камеру денитрификации 15, где происходит разложение азотно и азотистокислых солей с выделением свободного азота. Насосом рециркуляции 23 иловая смесь по направляющему трубопроводу 25 подается на струйные аэраторы 26, всасывается воздух и водовоздушная смесь поступает в верхнюю часть вертикально установленного корпуса - 27, являющегося камерой пост-аэрации 28. Происходит интенсивное выделение воздуха и аэрофлокулы ила всплывают вверх и с рециркулирующей частью обрабатываемой воды, количество которой регулируется задвижкой 32, собирается кольцевым желобом 30 и в виде иловой смеси поступает по трубопроводу 43 на струйные аэраторы 10, из которых водовоздушная смесь распределяется по объему камеры аэрации 9. Остальная часть обрабатываемой воды опускается, проходя через слой аэрофлокул ила, удерживаемых нисходящим потоком во взвешенном состоянии и, освобождаясь от загрязнений и выделяющегося азота, с оставшейся частью активного ила проходит через загрузку с нитрификаторами 29, и по трубопроводам 31 поступает в нижнюю часть вертикально установленного корпуса 33, которая является камерой биореактора 34. Восходящим потоком иловая смесь проходит псевдоожиженный слой зернистого материала 35 с факультативным биоценозом. Полностью израсходовав растворенный кислород, обрабатываемая жидкость поступает в зону взвешенного фильтра из активного ила 37, удерживаемого в уплотненном состоянии изменяющимися скоростями восходящего потока. Изменение скоростей происходит из-за изменения площади живого сечения камеры биореактора конусными илоотводящими воронками 36. В теле взвешенного фильтра в отсутствии кислорода происходит окончательное восстановление нитратного азота. Задвижками 42 регулируется отвод возвратного ила через конусные илоотводящие воронки 36 в камеру сорбции 4. Хлопья активного ила, гидравлическая крупность которых значительно больше скорости восходящего потока, отделяются от взвешенного фильтра, опускаются и с частью рециркуляционного расхода поступают в нижнюю илоотводящую воронку. Измельченные хлопья ила, оторванные от тела взвешенного фильтра, уносимые восходящим потоком, вместе с остальной частью рециркулирующего расхода поступают в верхнюю илоотводящую воронку. Выделяющийся азот поднимается через камеру газоотделения 39. Очищенная вода, освобождаясь окончательно от частичек ила в камере отстаивания 40, которая отделяется от камеры газоотделения 39 перегородкой 38, поступает в сборный кольцевой желоб 41 и по трубопроводу 44 поступает в струйный аэратор 45, и насыщаясь кислородом воздуха и избавляясь от азота, отводятся за пределы устройства.

Необходимо отметить, что конструкция устройства позволяет многократно использовать энергию поднятой, рециркуляционным насосом, жидкости в струйных аэраторах, значительно увеличивая соотношение: подсасываемый воздух - перекачиваемая жидкость, тем самым уменьшая кратность рециркуляции, снижает энергозатраты при высокой степени очистки. Взаимосвязь анаэробно-аэробного методов и многоступенчатость схемы очистки, позволяет наряду с высококачественной очисткой производить стабилизацию осадка.

Устройство, предназначенное для биологической очистки сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, содержит цилиндроконические вертикально установленные корпуса, в которых размещены: камера пост-аэрации с флотационным разделением циркулирующей иловой смеси, камера биореактора с псевдоожиженным слоем зернистого сорбирующего материала, взвешенным фильтром из активного ила с денитрофицирующим биоценозом, удерживающийся в пространстве между основаниями конусных илоотводящих воронок, камеры газоотделения и отстаивания. В сочетании с камерой анаэробного культивирования рециркулирующего возвратного активного ила, камерой аэрации, рециркуляционным насосом, струйными аэраторами в устройстве достигается чередование анаэробных и аэробных режимов очистки с иммобилизованными и взвешенными культурами микроорганизмов, позволяющие удалить как органические, так и биогенные вещества. Взаимосвязь анаэробно-аэробного методов и многоступенчатость схемы очистки позволяют наряду с высококачественной очисткой производить стабилизацию осадка. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для биологического удаления из сточных вод органических веществ, соединений азота и фосфора, содержащее камеры сорбции, денитрификации, аэрации, постаэрации, биореактора, газоотделения, отстаивания, насос рециркуляции, струйные аэраторы, узел подачи исходной воды, трубопроводы рециркуляции иловой смеси и возвратного активного ила, отличающееся тем, что устройство снабжено камерой анаэробного культивирования рециркулирующего возвратного активного ила, цилиндроконическими вертикально установленными корпусами с перепадом уровней обрабатываемой воды, камера анаэробного культивирования рециркулирующего возвратного активного ила совмещена с камерой сорбции и соединена трубопроводом осветленной обрабатываемой воды с камерой аэрации, а трубопроводом возвратного активного ила, высвобожденного от соединений фосфора, - со всасывающим трубопроводом насоса рециркуляции, камера пост-аэрации с флотационным разделением рециркулирующей иловой смеси размещена в цилиндрическом вертикально установленном корпусе с повышенным уровнем обрабатываемой воды, камера биореактора с псевдоожиженным слоем зернистого сорбирующего материала и уплотненным фильтром из активного ила с развивающейся культурой денитрификаторов, и камеры газоотделения и отстаивания размещены в цилиндрическом вертикально установленном корпусе с пониженным уровнем обрабатываемой воды, в камере биореактора размещены конусные илоотводящие воронки с трубопроводами отвода возвратного ила, расположенные вершинами друг к другу по оси восходящего потока иловой смеси и образующие линейчатую поверхность конуса второго порядка, в верхней части корпуса с пониженным уровнем обрабатываемой воды, коаксиально установлена цилиндрическая перегородка, образующая камеры газоотделения и отстаивания, камеры аэрации и постаэрации оборудованы носителем иммоболизованной культуры нитрификаторов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера аэрации оборудована струенаправляющими перегородками. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод отвода очищенных сточных вод снабжен струйным аэратором.