УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1999 года по МПК C02F3/06 

Изобретение относится к области биологической очистки бытовых сточных вод и может быть использовано при решении проблем утилизации вышеупомянутых сточных вод в отдаленных местах застройки коттеджей, коттеджных кварталов, гостиниц, мотелей и автозаправочных комплексов, т. е. там, где нет возможности подключения к системе канализации.

Известна установка для биологической очистки бытовых сточных вод малых населенных пунктов, состоящая из отстойника с подпираемым уровнем осветляемой воды и насосной станции, биофильтров с распределительными устройствами, камеры смешения с флокулянтами, реактора и блока тонкослойных отстойников; в установке предусмотрены контуры рециркуляции осветленных и биологически очищенных сточных вод, а также осадка из тонкослойных отстойников через отстойники механической очистки и система автоматического регулирования (См. патент Австрии N385498, C 02 F 3/00 от 29.08.86г., опубл.11.04.88 г.)
Недостатком известной установки является сложность конструкции тонкослойных отстойников, неравномерность распределения очищаемой воды по всей площади биофильтра, необходимость постоянного дозирования реагентов и невысокая степень очистки воды.

Известна модульная установка для биологической очистки бытовых сточных вод, состоящая из устройств предварительной очистки, биологической очистки, содержащей, как минимум, два вращающихся биореактора с трубчатой загрузкой, каждый из которых содержит по одному погружному биофильтру, и доочистки. Биореакторы могут работать как в аэробном, так и в анаэробном режимах (См. заявку N 4444514. фирмы GRUNDMANN, DIETER, DIPL. -PAED.-ING, Германия от 30.11.94 г., кл. C 02 F 3/08).

Недостатком известной установки является сложность конструкции и снижение надежности работы установки из-за размещения оборудования в непосредственном контакте с очищаемой водой.

Известна установка для биологической очистки бытовых сточных вод, содержащая устройство предварительной очистки - отстойник, в котором происходит осаждение органических и неорганических примесей, соединенный с ним аэротенк с загрузкой в виде трубок различной формы поперечного сечения с закрепленными на их поверхности микроорганизмами и установленным ниже поверхности жидкости аэратором, выполненным в виде диффузора, и мешалкой, обеспечивающими насыщение воды воздухом и создание циркулирующего водовоздушного потока через слой загрузки; установка дополнительно оснащена отстойником для осаждения оставшейся взвеси и биопленки, соединенным с аэротенком. (См. заявку PCT 95 116354/25 от 28.07.95 г., кл.C 02 F 3/06 с приоритетом США 01.02.93 г.).

Недостатком известной установки является сложность конструкции, высокие энергозатраты из-за необходимости одновременного использования двух независимых систем аэрации и перемешивания.

Известна установка для биологической очистки бытовых сточных вод, наиболее близкая по назначению и технической сущности к предлагаемой, состоящая из устройства предварительной очистки - септика-отстойника для отделения взвеси и биопленки, возвращаемой со стадии доочистки из отстойника, устройства для биологической очистки на аэрируемой плавающей зернистой загрузке аэротенка с прикрепленными к ее поверхности микроорганизмами, оснащенного мембранными аэраторами, установленными у днища аэротенка, и обеспечивающими циркуляцию водовоздушного потока вверх от мембран через слой загрузки и вниз вдоль боковых стенок аэротенка для образования аэробных и анаэробных зон и устройством для подвода предварительно осветленной воды, заглубленного в аэротенк, под слой загрузки, а также устройством для доочистки сточных вод - вторичного отстойника с эрлифтным насосом, сообщенным с первым септиком - отстойником для отведения в него осадка с избыточной биопленкой (См. рекламный проспект фирмы DYWIDAG - AQUASCHUTZ, Германия "Компактное очистное сооружение для домашних фекальных стоков")
Недостатком известной установки являются:
- невысокая надежность эксплуатации, обусловленная значительным истиранием насыпной загрузки в процессе аэрации из-за прямоточного движения водовоздушной смеси и очищаемой воды и необходимостью периодической остановки установки для очистки зоны аэрации и замены загрузки; межремонтный период известной установки, свидетельствующий о невысокой надежности эксплуатации, составляет 2-3 года;
- недостаточно высокая степень очистки (БПК_полн-15 мг/л, содержание взвешенных веществ - 15 мг/л), обусловленная использованием зернистой загрузки с относительно малой удельной поверхностью, отсутствием оптимального режима процессов биологической очистки и доочистки.

Техническим результатом предлагаемой установки является повышение надежности эксплуатации и степени очистки воды.

Технический результат достигается тем, что в установке для биологической очистки бытовых сточных вод, состоящей из септика - отстойника, устройства для биологической очистки предварительно осветленных сточных вод на аэрируемой загрузке аэротенка с прикрепленными микроорганизмами, оснащенного мембранными аэраторами, и вторичного отстойника с эрлифтным устройством для отведения осадка в септик - отстойник, мембранные аэраторы размещены непосредственно под объемной, пористой, профилированной загрузкой с удельной поверхностью 280 - 400 м²/м³, отстоят от загрузки на величину, не превышающую величины расширения мембраны, устройство для ввода осветленной воды в аэротенк размещено над загрузкой, соотношение высот аэротенка, верхней зоны изменения направления движения потока, зоны загрузки и нижней зоны изменения направления движения потока составляют 9,5-10,0:0,95-1,0 : 6,5-7,0 : 1,8-2,0 соответственно, при этом установка дополнительно содержит капельный биофильтр с рассредоточенным впуском воды, загрузкой с удельным весом 0,80 -0,95 г/м³, водосборным устройством, совмещенным с камерой погружного насоса и устройством для обеззараживания воды, смонтированным над насосом.

На чертеже представлена установка для биологической очистки бытовых сточных вод.

Установка состоит из септика - отстойника 1 с устройством для впуска воды 2, водосборным устройством 3 и устройством для выгрузки осадка 4, устройства для биологической очистки воды 5, состоящего из аэротенка 6 и вторичного отстойника 7, отделенных один от другого полупогружной перегородкой 8; аэротенк 6 имеет зону загрузки 9, размещенную над ней верхнюю зону изменения направления движения потока 10 и под ней - нижнюю зону изменения направления движения потока 11, мембранные аэраторы 12, трубопровод для подачи сжатого воздуха к ним 13 и впускное устройство 14. Вторичный отстойник 7 оснащен эрлифтным устройством 15 для отведения избыточной биопленки и осадка в септик - отстойник 1 и устройством 16 для отвода осветленной воды в капельный биофильтр 17; капельный биофильтр 17 с загрузкой 18 имеет впускное рассредоточенное устройство в виде кольцевого перфорированного трубопровода 19, соосное капельному биофильтру 17, центральное водосборное устройство 20, совмещенное с насосной камерой 21 погружного насоса 22, устройство обеззараживания воды 23 и устройство для отведения очищенной воды 24.

Установка для биологической очистки бытовых сточных вод работает следующим образом:
Исходную сточную воду с содержанием взвеси до 300 мг/л и органических веществ (БПК_полн) до 350 мг/л подают в септик-отстойник 1 через впускное устройство 2 для выделения наиболее крупных загрязнений, большая часть которых осаждается на дно, где подвергается анаэробному сбраживанию, другая часть загрязнений всплывает на поверхность воды, образуя "корку". Отбор предварительно осветленной воды производят через специальное водосборное устройство 3, препятствующее попаданию в осветленную воду всплывших загрязнений и осадка, а отбор осадка ведут через устройство для выгрузки осадка в виде патрубка 4 с присоединенным к нему шлангом подачи осадка в автоцистерну.

Осветленная вода в самотечном режиме поступает в устройство для биологической очистки 5 через впускное устройство 14, размещенное над центральной частью загрузки 9 аэротенка 6. Встречное движение воды и струи сжатого воздуха, направляемого мембранными аэраторами 11, установленными непосредственно под загрузкой 9, в ее центральную часть, образует в аэротенке 6 циркулирующий водовоздушный поток.

Соотношение высот аэротенка 6, верхней зоны - зоны изменения направления циркулирующего потока 10 от центральной части загрузки к ее периферии, зоны загрузки 9 и нижней зоны изменения направления циркулирующего потока 11 от периферии к центральной части загрузки составляет 9,5-10:0,95-1,0:6,5-7,0: 1,8-2,0 соответственно.

Вода движется вниз через слой объемной, пористой, профилированной загрузки 9 с прикрепленными микроорганизмами и удельной поверхностью 280 - 400 м²/м³, постоянно аэрируемой воздухом через пористые мембранные аэраторы 11, установленные непосредственно под загрузкой 9 и отстоящие от нее на величину, не превышающую величины расширения мембраны.

Размещение аэраторов 11 непосредственно под слоем загрузки 9 на расстоянии, не превышающем величины расширения мембраны, создает оптимальный гидродинамический режим зоны аэрации - восходящий интенсивный направленный поток водовоздушной смеси в центральной части загрузки 9 и нисходящее движение жидкости на периферии, что влечет за собой создание аэробной зоны в центральной части и аэробно-аноксичной - на периферии. Последнее позволяет производить очистку от широкого спектра загрязнений, в окислительном цикле которых принимают участие различные акцепторы водорода (кислород, нитриты, нитраты и т.д.).

Применение объемной, пористой загрузки с удельной поверхностью 280 - 400 м²/м³ обеспечивает максимальную сорбцию, окисление органических веществ и удаление избыточной биопленки с поверхности структурированной загрузки.

Применение загрузки с удельной поверхностью 270 м²/м³ снижает интенсивность сорбции и окисления и, следовательно, ухудшает качество очистки воды.

Применение загрузки с удельной поверхностью 410 м²/м³ приводит к снижению массообменных характеристик на поверхности загрузки (недостаток кислорода для окислительных процессов при неоправданно увеличенной удельной поверхности загрузки) и как следствие к образованию застойных зон, частичному загниванию биопленки и снижению надежности эксплуатации.

Предложенное соотношение высот аэротенка, зоны загрузки, верхней и нижней зон изменения направления движения потоков, составляющее 9,5-10,0 : 0,95-1,0 : 6,5-7,0 : 1,8-2,0, является оптимальным, так как дает возможность создать над загрузкой свободную зону- зону изменения направления циркулирующего потока, поднимающегося из центральной части загрузки к ее периферии, а так же предохраняющую загрузку от высыхания, определяет оптимальный объем загрузки, объединенный в легко заменяемый блок, и обеспечивает создание зоны изменения направления циркуляции потока от периферии к центральной части аэротенка и размещения аэраторов.

Использование объемной пористой профилированной загрузки с развитой поверхностью в сочетании с размещением аэраторов непосредственно под загрузкой, впускного устройства для предварительно осветленной воды над ней при предложенном соотношении высот зон изменения направления движения циркулирующего потока обеспечивает эффективную сорбцию и окисление органических веществ, содержащихся в воде микроорганизмами, иммобилизованными на поверхности загрузки, создавая оптимальный кислородный режим установки (1-4 мг/л растворенного O₂) и повышая тем самым степень очистки воды.

С другой стороны, применение пористой загрузки с развитой поверхностью исключает ее зарастание; размещение же аэраторов непосредственно под загрузкой создает интенсивный направленный восходящий поток, легко срывающий избыточную биопленку с поверхности загрузки и предотвращающий ее истирание при движении потока через центральную часть загрузки к периферии. При движении потока от периферии к центральной части загрузки резко снижается зашламление нижней зоны аэротенка. Все вышеуказанные факторы способствуют повышению надежности эксплуатации установки.

Вода после аэрации проходит под полупогружной перегородкой 8, образующей со стенкой аэротенка 6 отдельную камеру - вторичный отстойник 7, и поднимается в ней вверх. Избыточная биопленка, содержащаяся в биологически очищенной воде, выпадает в виде осадка на дно вторичного отстойника 7, откуда периодически перекачивается эрлифтом 15 в септик - отстойник 1, тем самым интенсифицируя процесс очистки и упрощая эксплуатацию установки за счет анаэробной стабилизации осадков в одном сооружении - септике-отстойнике 1.

Вода, прошедшая полную биологическую очистку, отбирается через устройство 16 для отвода осветленной воды и в самотечном режиме поступает на доочистку через впускное устройство, выполненное в виде кольцевого перфорированного трубопровода 19, соосного капельному биофильтру 17 с удельной нагрузкой на загрузку 40-80 г БПК_полн/м³/сут.

Вода, распределяясь равномерно по всей поверхности загрузки 18, фильтруется сверху вниз через слой загрузки 18 с удельным весом 0,80 - 0,95 г/м³. Осуществление процесса доочистки при вышеуказанных параметрах позволяет осуществить глубокую очистку воды от загрязнений и максимально уменьшить прирост избыточной биомассы. Использование "легкой" загрузки обеспечивает автоматическую промывку фильтрующего слоя в случае его зашламления за счет всплывания "легкой" загрузки и взаимного трения ее частиц, что приводит к повышению надежности эксплуатации установки.

Отфильтрованная вода собирается центральным водосборным устройством 20 с размещенными в нем насосной камерой 21 погружного насоса 22 и устройством для обеззараживания воды 23, установленным над насосной камерой 21, и откачивается из установки через выпускное устройство 24.

Весь рабочий объем загрузки 18 капельного биофильтра 17 задействован в процессе доочистки благодаря размещению насосной камеры 21 погружного насоса 22 и устройства для обеззараживания 23 в нижней части центрального водосборного устройства 20. Использование насосной откачки воды существенно расширяет диапазон применения указанной малогабаритной установки ввиду возможности ее размещения на значительном заглублении по отношению к месту сброса очищенной воды. При этом погружной насос 22 включается автоматически по мере поступления очищенной воды. Устройство для обеззараживания 23 размещается между уровнями включения и выключения насоса 22, что позволяет значительно уменьшить расход обеззараживающего реагента, так как последний используется только для того количества воды, которое предназначено на сброс, а не для всего объема, находящегося в капельном биофильтре 17 доочистки.

Доочищенная вода имеет следующие характеристики:
БПК_полн - 3,0 мг/л; взвешенных веществ - до 3,0 мг/л.

Предлагаемая компактная малогабаритная установка по сравнению с известной обеспечивает:
- повышение надежности эксплуатации за счет размещения аэраторов непосредственно под загрузкой, использования объемной, пористой, профилированной загрузки с развитой поверхностью в сочетании с противоточным режимом процесса, определенного соотношения высот аэротенка, зоны загрузки и верхней и нижней зон изменения направления движения потока жидкости и предотвращения зарастания загрузки, ее истирания и зашламления зоны аэрации; межремонтный период предлагаемой установки увеличивается с 2-3 лет (по прототипу ) до 15- 20 лет;
- повышение степени очистки воды до нормативов ПДК Российской Федерации за счет применения загрузки с развитой поверхностью, создания оптимального кислородного режима устройства биологической очистки и дооснащения установки капельным биофильтром; БПК_полн снижается с 15 мг/л до 3 мг/л, содержание взвешенных веществ - с 15 мг/л до 3 мг/л.

Изобретение относится к биологической очистке бытовых сточных вод в отдаленных местах застройки, где нет возможности подключения к системе канализации. Установка для биологической очистки бытовых сточных вод состоит из септика-отстойника, устройства для биологической счистки осветленных сточных вод на аэрируемой загрузке аэротенка с прикрепленными микроорганизмами, оснащенного мембранными аэраторами, и вторичного отстойника с эрлифтным устройством для отведения осадка в септик-отстойник, мембранные аэраторы размещены непосредственно под объемной, пористой, профилированной загрузкой с удельной поверхностью 280 - 400 м²/м³, отстоят от загрузки на величину, не превышающую величины расширения мембраны, устройство для ввода осветленной воды в аэротенк размешено над загрузкой, соотношение высот аэротенка, верхней и нижней зон изменения направления движения потока и зоны загрузки составляют 9,5 - 10,0 : 0,95 : 1,0 : 6,5 - 7,0 : 1,8 - 2,0 соответственно, при этом установка дополнительно содержит капельный биофильтр с загрузкой удельным весом 0,80 - 0,95 г/м³, водосборным устройством, совмещенным с камерой погружного насоса и устройством для обеззараживания воды, смонтированным над насосом. Установка обеспечивает повышение надежности эксплуатации и увеличение степени очистки воды. 1 ил.

Установка для биологической очистки бытовых сточных вод, состоящая из септика-отстойника, устройства для биологической очистки предварительно осветленных сточных вод на аэрируемой загрузке аэротенка с прикрепленными микроорганизмами, оснащенного мембранными аэраторами, и вторичного отстойника с эрлифтным устройством для отведения осадка в септик-отстойник, отличающаяся тем, что мембранные аэраторы размещены непосредственно под объемной, пористой, профилированной загрузкой с удельной поверхностью 280 - 400 м²/м³, отстоят от загрузки на величину, не превышающую величины расширения мембраны, устройства для ввода осветленной воды в аэротенк размещено над загрузкой, соотношение высот аэротенка, верхней зоны изменения направления движения циркулирующего потока, зоны загрузки и нижней зоны изменения направления движения циркулирующего потока составляют 9,5 - 1,0 : 0,95 - 1,0 : 6,5 - 7,0 : 1,8 - 2,0 соответственно, при этом установка дополнительно содержит капельный биофильтр с рассредоточенным впуском воды, загрузкой с удельным весом 0,80 - 0,95 г/м³, водосборным устройством, совмещенным с камерой погружного насоса и устройством для обеззараживания воды, смонтированным над насосом.