УСТАНОВКА И СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ НЕЧИСТОТ И СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2002 года по МПК C02F3/30 

Настоящее изобретение относится к установке и способу биологической очистки нечистот и сточных вод, а более конкретно относится к установке и способу очистки нечистот и сточных вод, когда с помощью микроорганизмов каждую из стадий - реакцию окисления органического вещества, удаление азота и фосфора в безкислородных и анаэробных условиях и осаждение микроорганизмов - можно осуществлять в одном реакторе, имеющем многотрубную конструкцию.

Как правило, при биологической очистке нечистот и сточных вод установка включает аэрационный резервуар для окисления органических веществ, содержащихся в нечистотах и сточных водах, и отстойник для осаждения микроорганизмов, выросших в аэрационном резервуаре в процессе реакции окисления, и удаления осадка, выпавшего в форме ила. Чтобы удалить из нечистот и сточных вод азот и фосфор, а также органические вещества, очистная установка может также включать резервуар для денитрификации и анаэробный резервуар, установленные рядом с аэрационным резервуаром в компоновке пересекающихся потоков.

Однако в процессе очистки сточных вод в обычно используемом сооружении существует ряд проблем и недостатков. Такое обычное очистное сооружение для биологической очистки требует большой площади для размещения, поскольку каждый его резервуар должен устанавливаться в компоновке пересекающихся потоков по отношению к другому резервуару, а это дорогостоящая конструкция, поскольку конструкция каждого резервуара выполняется определенным образом.

Кроме того, в обычном аэрационном резервуаре в донной его части для генерации и обеспечения относительно многочисленных пузырьков воздуха устанавливается аэродиффузорная труба, имеющая комбинированную (керамика, полотно и смола) пористую пластину или патрубок, причем посредством этого к микроорганизмам в аэрационном резервуаре подается кислород. Однако так как скорость расхода кислорода выше скорости подачи воздуха, когда в резервуаре для обработки плотность микроорганизмов поддерживается на высоком уровне, этот способ не может обеспечить достаточное количество кислорода для реакции окисления в очистном резервуаре, причем в итоге возникает дефицит растворенного кислорода. Поэтому в случае, когда требуется очищать сточные воды с высоким содержанием органических веществ, плотность микроорганизмов в резервуаре для обработки нельзя поддерживать на уровне выше 4000 мг/л из-за ограничения коэффициента массообмена кислорода.

Более того, так как вторичный отстойник обычного очистного сооружения размещается независимо, на расстоянии от аэрационного резервуара, необходимо устанавливать насос для возвращения осадка из отстойника в аэрационный резервуар и скребок для предупреждения забивания взвешенным отстоем обратного трубопровода сооружения. В этом случае должны дополнительно потребоваться довольно сложные и дорогостоящие механические и электронные устройства, относящиеся к этому скребку и перекачивающему насосу.

С другой стороны, в обычном способе с активным илом, чтобы удалить органические вещества из сточных вод, устанавливается только аэрационный резервуар как реакционный бак для окислительной обработки органических веществ. Однако при способе A²/О (анаэробные-бескислородные-аэробные условия) и способе Bardenpho (анаэробные-бескислородные-аэробные-бескислородные-аэробные условия) для извлечения фосфора и удаления азота из сточных вод в анаэробных условиях размещают анаэробный резервуар и резервуар для денитрификации в дополнение к аэротенку. В этом случае для удаления нитратного азота, генерированного в аэрационном резервуаре, в резервуаре для денитрификации необходимо устанавливать внутренний циркуляционный насос для возвращения жидкости со взвешенным отстоем из аэрационного резервуара в резервуар для денитрификации, расход которой может быть в 2~6 раз больше количества сточных вод, поступающих на очистку. Кроме того, может потребоваться несколько мешалок в каждом реакционном резервуаре, например в анаэробном резервуаре, в резервуаре для денитрификации. Поэтому в случае, когда кроме удаления органических веществ еще осуществляют процессы удаления азота и фосфора, технологические операции и механическая конструкция становятся более сложными по сравнению с обычным способом с активным илом.

Как установлено выше, так как реакционные резервуары обычного сооружения для биологической очистки устанавливаются на одной и той же площадке, т.е. каждый реактор, такой как резервуар для денитрификации для удаления азота в условиях отсутствия кислорода, анаэробный резервуар для извлечения фосфора, отстойник для осаждения в нем ила и т.п., устанавливаются соответственно отдельно один от другого, очистная установка занимает большую монтажную площадь. Кроме того, так как в каждом реакционном резервуаре надо установить мешалку, обратный насос, скребок и т.п., и передвижение осадка к каждому реактору должно осуществляться с помощью насоса, механическая конструкция установки становится еще сложнее, и, таким образом, требуются высокие расходы на оборудование.

Кроме того, при очистке сильно уплотненного органического вещества способ подачи воздуха в обычном очистном сооружении имеет ограничение коэффициента массообмена кислорода между воздухом и микроорганизмами, когда скорость расходования кислорода микроорганизмами в аэрационном резервуаре выше скорости подачи воздуха. Следовательно, в обычном очистном сооружении затруднительно поддерживать концентрацию микроорганизмов в аэрационном резервуаре на высоком уровне.

Наиболее близким к установке для биологической обработки нечистот и сточных вод является установка, включающая анаэробный резервуар, аэрационный резервуар и отстойник, используемые для биологической денитрификации и дефосфоризации в одном реакторе. Известная установка выполнена компактной, поэтому монтажная площадь для размещения установки значительно уменьшается. Однако, поскольку установка имеет множество труб для прохождения нечистот и сточных вод, а также насос с постоянной подачей для возвращения осадка, возникают проблемы из-за сложности, следовательно, стоимость изготовления установки значительно увеличивается (Korean Patent N 132937, kl. С 02 F 3/30).

Краткое изложение сущности изобретения
Соответственно, настоящее изобретение предназначено для решения описанных выше проблем, и основной задачей настоящего изобретения является установка и способ очистки нечистот и сточных вод биологическим путем, содержащая реакционный бак, объем которого, кроме того, может быть меньше объема известного из уровня техники, а плотность микроорганизмов в реакционном баке может поддерживаться на уровне 10000 мг/л или выше за счет улучшения коэффициента массообмена кислорода с микроорганизмами, что осуществляется посредством генерации исключительно мелких пузырьков воздуха или растворенного кислорода с использованием мембраны, такой как при микрофильтрации (выполненной с порами диаметром 0,1~ 100 мкм) и при ультрафильтрации (сформированной с порами диаметром 1,5~10 мкм), причем таким образом увеличивается эффективность контакта между пузырьками воздуха и микроорганизмами в реакционном резервуаре.

Также другой задачей изобретения является установка и способ очистки нечистот и сточных вод посредством биологического воздействия, которые могут обеспечить оптимальные внешние условия для эффективного удаления органических веществ, азота и фосфора из сточных вод при минимальном расстоянии перемещения сточных вод, которые очищают. Минимальное расстояние перемещения достигается за счет улучшения размещения реакционных резервуаров таким образом, что каждый реакционный резервуар размещается по принципу "один в другом", причем таким образом получается множество отдельных пространств между соседними резервуарами, причем каждое пространство имеет аэробные условия или бескислородные и анаэробные условия.

Далее, еще одной задачей изобретения является установка и способ очистки нечистот и сточных вод посредством биологического воздействия, когда конструкция намного проще, а резервуары размещены значительно эффективнее, чем в известном уровне техники, так что смешанный диспергированный в жидкости осадок в аэрационном резервуаре можно продвинуть вверх пузырьками воздуха, образованными в аэрационном резервуаре, и легко перелить в бескислородный и анаэробный резервуар, в отличие от подобных операций в известном уровне техники.

Чтобы осуществить указанные выше задачи, установка настоящего изобретения для биологической очистки нечистот и сточных вод включает аэрационный резервуар для приема сточных вод, поступающих на очистку, и активного ила и окисления органических веществ, содержащихся в сточных водах, устройство для генерации пузырьков воздуха, которое размещается в дне аэрационного резервуара, для обеспечения поступающих на очистку сточных вод и осадка, поступивших в этот резервуар, воздухом и/или кислородом для окислительной реакции в форме пузырьков воздуха, причем пузырьки воздуха вырываются из устройства для генерации пузырьков воздуха и обладают движущей силой, достаточной для подъема и циркуляции в аэрационном резервуаре жидкости со взвешенным осадком; бескислородный и анаэробный резервуар, размещенный с наружной стороны аэрационного резервуара, для приема жидкости со взвешенным осадком, перетекающей из этого резервуара в пространство, образованное между аэрационным резервуаром и бескислородным и анаэробным резервуаром, и последующего осуществления удаления азота и извлечения фосфора из жидкости со взвешенным осадком посредством биологического воздействия, и отстойник, который размещен с наружной стороны бескислородного и анаэробного резервуара, для приема жидкости с диспергированным осадком, поступившей в отстойник после циркуляции в аэрационном резервуаре и бескислородном и анаэробном резервуаре, в пространстве, образованном между бескислородным и анаэробным резервуаром и отстойником, и последующего осаждения осадка, диспергированного в жидкости.

Кроме того, чтобы осуществить поставленные задачи, способ биологической очистки нечистот и сточных вод по настоящему изобретению включает стадии приема поступающих на очистку сточных вод, из которых с помощью решетки удаляют относительно крупные твердые и инородные примеси, формирования в аэрационном резервуаре с помощью устройства для генерации пузырьков воздуха мелких пузырьков воздуха и обеспечения поступивших на очистку сточных вод и осадка воздухом и/или кислородом, переливания поступающей на очистку воды и осадка аэрационного резервуара и передача их в бескислородный и анаэробный резервуар, извлечения фосфора и удаления азота из сточных вод со взвешенным осадком поступивших в бескислородный и анаэробный резервуар, возвращения осадка из отстойника и бескислородного и анаэробного резервуара в аэрационный резервуар и последующего окисления и удаления органических веществ, азота и поглощения фосфора микроорганизмами, которые полностью не удалились на указанных стадиях и еще остаются в возвратном осадке смешивания осадка, образовавшегося в аэрационном резервуаре после осуществления стадии возврата, с поступающими на очистку сточными водами, поступающими в аэрационный резервуар из открытого пространства, и последующего кругового прохождения сточных вод со взвешенным осадком вновь по указанным стадиям, и разделения микроорганизмов из сточных вод со взвешенным осадком поступивших в отстойник после осуществления стадии смешивания, на находящиеся в жидкой и твердой фазе и последующего осаждения осадка и выгрузки очищенной воды в открытое пространство через водослив.

Краткое описание чертежа
Указанные выше и другие задачи, особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятнее из последующего подробного описания с учетом прилагаемого чертежа, на котором приводится схематическое изображение конструкции настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта воплощения изобретения
В соответствии с изобретением установка для биологической очистки нечистот и сточных вод, включает аэрационный резервуар 2, бескислородный и анаэробный резервуар 3 и отстойник 4.

В аэрационном резервуаре 2 имеется внутреннее пространство, в которое поступает активный ил и поступающие на очистку сточные воды, из которых удаляются относительно крупные диспергированные твердые и посторонние вещества, и затем осуществляется контакт поступающих на очистку сточных вод с пузырьками воздуха, подаваемыми через аэродиффузионную трубу 5. В донной части аэрационного резервуара 2 установлена пористая пластина 5 аэродиффузионной трубы для генерации мелких пузырьков воздуха путем сильного выталкивания окружающего воздуха, подаваемого нагнетателем (будет описан позднее) во внутреннее пространство резервуара 2. Нагнетатель воздуха или компрессор 11 присоединены к концу аэродиффузора 5 для подачи окружающего воздуха. В этом случае пузырьки воздуха, вырывающиеся из аэродиффузионной трубы 5, передают жидкости со взвешенным осадком (или смешанной жидкости из ила и поступающих на очистку сточных вод) подъемное усилие, причем таким образом создается возможность для перелива жидкости со взвешенным осадком из аэрационного резервуара 2.

В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения существует необходимость в поддержании плотности микроорганизмов на высоком уровне, когда в аэрационный резервуар 2 поступают, например, сточные воды или фекальные вещества, поступившие из места накопления. В этом случае вместо аэродиффузора 5 можно использовать мембрану, например, для микрофильтрации или ультрафильтрации. Также в верхней части аэрационного резервуара 2 установлен насос 8 для перемешивания жидкости с диспергированным осадком с водой для придания дополнительного циркулирующего усилия жидкости с диспергированным осадком в случае, когда выталкивание пузырьков воздуха через мембрану не способно вызвать движущего усилия, достаточного для обеспечения подъема жидкости с диспергированным осадком и перелива из резервуара 2.

Аэрационный резервуар 2 установлен внутри бескислородного и анаэробного резервуара 3, имеющего диаметр больший, чем у аэрационного резервуара 2. В пространстве, образованном между аэрационным резервуаром 2 и бескислородным и анаэробным резервуаром 3, поступающие на очистку сточные воды и ил с высокой концентрацией нитратного азота, которые выходят из аэрационного резервуара 2, поступают в пространство за счет движущей силы пузырьков воздуха, вырывающихся из аэродиффузора 5, принимаются и очищаются здесь, т.е. в пространстве осуществляется удаление азота и извлечение фосфора посредством биологического воздействия. На внутренней стенке бескислородного и анаэробного резервуара 3 крепится множество плоских элементов 7, расположенных зигзагом, так что поступающие на очистку сточные воды и ил, переливающиеся из аэрационного резервуара 2 и поступающие в бескислородный и анаэробный резервуар 3, сталкиваются с плоскими элементами 7 и таким образом перемешиваются эффективнее до однородного состояния.

Как указано выше, аэрационный резервуар 2 и бескислородный и анаэробный резервуар 3 представляют собой два цилиндрических тела, у которых открыты верхняя и нижняя концевые части, установленные одно внутри другого коаксиально, а затем закрепленные с предварительно образованным зазором между ними посредством множества поддерживающих элементов 9. В приведенном выше описании указывается, что резервуары 2 и 3 выполнены с цилиндрическим корпусом с круговым сечением, но такая конструкция не является ограничительной, и два резервуара 2 и 3 могут быть выполнены с использованием корпуса-фургона с многоугольным или овальным поперечным сечением.

Оба резервуара 2 и 3 закреплены также внутри отстойника 4 цилиндрической формы, у которого закрыта нижняя часть и открыта верхняя часть, с помощью множества других поддерживающих элементов 14 таким же способом, как при установке двух резервуаров 2 и 3. В пространство, образованное между отстойником 4 и бескислородным и анаэробным резервуаром 3, подается жидкость со взвешенным осадком, которая циркулирует через аэрационный резервуар 2 и бескислородный и анаэробный резервуар 3. Затем осадок из жидкости со взвешенным осадком осаждается в отстойнике 4.

В настоящем изобретении нижняя часть каждого резервуара выполнена со стенкой, сужающейся с уклоном 1/10~1/20. Поэтому, так как нижняя стенка корпуса аэрационного резервуара 2 принимает форму канала для потока, расширяющегося вверх, переливающийся через отверстие в донной части бескислородного и анаэробного резервуара 3 осадок и осадок на дне отстойника 4 могут получить поднимающее их усилие от инерционной силы пузырьков воздуха, вырывающихся из аэродиффузора 5, причем они, таким образом, эффективно движутся вверх и проходят в аэрационный резервуар 2.

Так как осадок в отстойнике 4 абсорбирует газообразный азот или пузырьки воздуха и его коэффициент площади поверхности возрастает, причем поэтому он поднимается внутри отстойника, что нежелательно, в средней части внутреннего пространства между бескислородным и анаэробным резервуаром 3 и отстойником 4, как показано на чертеже, закрепляется сетка 13 для предотвращения всплывания в отстойнике 4 осадка с его возросшим коэффициентом площади поверхности. По наружному краю верхней части отстойника 4 установлен водослив 6 для выпуска очищенной воды из установки после временного приема очищенной воды, слившейся из отстойника 4. Верхний край отстойника 4 накрыт крышкой 15 для предотвращения попадания в резервуары дождевой воды, инородных веществ, и т.п.

Далее будет описываться технологический процесс по настоящему изобретению с описанной выше конструкцией со ссылками на чертеж.

Если поступающие на очистку сточные воды 1, из которых с помощью решетки (не показана) удалены относительно крупные взвешенные частицы твердых и посторонних веществ, проходят в аэрационный резервуар 2, эти сточные воды (или впускаемая вода) смешиваются с илом, поднятым в аэрационном резервуаре 2 движущей силой пузырьков воздуха, вырывающихся из аэродиффузионной трубы 5, и становятся жидкостью со взвешенным осадком. Затем жидкость со взвешенным осадком переливается из аэрационного резервуара 2 и проходит в бескислородный и анаэробный резервуар 3 в однородном состоянии, прежде чем органические вещества поступающих на очистку сточных вод окислятся в аэробных условиях в аэрационном резервуаре 2. В результате, органические вещества, содержащиеся в поступающих на очистку сточных водах, можно использовать в качестве источника углерода для реакции удаления азота и реакции извлечения фосфора в бескислородном и анаэробном резервуаре 3.

Жидкость со взвешенным осадком, которая переливается из аэрационного резервуара 2 и проходит в бескислородный и анаэробный резервуар 3, сталкивается с плоскими элементами 7, закрепленными на внутренней стенке бескислородного и анаэробного резервуара 3, и таким образом перемешивается более эффективно и до более однородного состояния. В пространстве между верхней и средней частями бескислородного и анаэробного резервуара 3 обеспечивается состояние отсутствия кислорода, при котором кислород израсходован микроорганизмами, и затем осуществляется реакция удаления азота, при которой нитратный азот, содержащийся в смешанной жидкости, восстанавливается до газообразного азота за счет использования в качестве источника углерода органических веществ, поступающих на очистку сточных вод. А в пространстве между средней и нижней частями бескислородного и анаэробного резервуара 3 в условиях, анаэробных из-за истощения растворенного кислорода, образуется нитратный азот, а затем осуществляется реакция извлечения фосфора из отсека с микроорганизмами за счет использования в качестве источника углерода органических веществ смешанной жидкости, которые еще остаются после использования при реакции удаления азота. На этот раз время пребывания в бескислородном и анаэробном резервуаре 3 устанавливается в пределах 1 часа в зависимости от скорости потока поступающих на очистку сточных вод.

Осадок, сливающийся через отверстие, выполненное в дне резервуара 2, и взвешенный осадок проходят в отстойник 4 и возвращаются в аэрационный резервуар 2 за счет движущейся силы пузырьков воздуха, вырывающихся из аэродиффузионной трубы 5. Так как нижняя стенка каждого резервуара имеет наклон вовнутрь с крутизной 1/10~1/20, и нижняя стенка аэрационного резервуара 2 образует расширяющийся вверх канал для потока, сливающийся осадок из бескислородного и анаэробного резервуара 3 и взвешенный осадок из отстойника 4 могут эффективно течь вверх в аэрационный резервуар 2, получая подъемную силу от движущейся силы пузырьков воздуха, вырывающихся из аэродиффузора 5.

После завершения описанного здесь процесса в аэрационном резервуаре 2 осуществляется реакция дополнительного окисления органических веществ, которые еще не удалены в бескислородном и анаэробном резервуаре 3, и азота, содержащегося в поступающих на очистку сточных водах, и также осуществляется реакция поглощения микроорганизмами фосфора, который извлекается в бескислородном и анаэробном резервуаре 3 и содержится в поступающих на очистку сточных водах. Ил из аэрационного резервуара 2 смешивается с поступающими на очистку сточными водами, и затем смешанная жидкость из ила и поступающих на очистку сточных вод (или жидкость со взвешенным осадком) сливается из резервуара 2 и снова проходит в бескислородный и анаэробный резервуар 3, благодаря движущей силе пузырьков воздуха, вырывающихся из аэродиффузора 5. Эта циркуляция непрерывно повторяется, и взвешенный осадок в отстойнике 4 периодически удаляется микроорганизмами, выросшими после поглощения органических веществ.

В этот момент в аэрационном резервуаре 2 поддерживается время гидравлического удержания (HRT) в 4~8 часов, а также поддерживается соотношение F/M (загрузка/микроорганизм) равным 0,1 кг потребности биологического кислорода на кг смешанного раствора взвешенных частиц в сутки (BOD/MLSS).

Кроме того, при очистке сточных вод с высоким содержанием органических веществ, таких как сточные воды или фекальные вещества из места их накопления, режим в аэрационном резервуаре должен поддерживаться таким, чтобы иметь высокую плотность микроорганизмов. Это можно осуществить путем использования мембраны и обеспечения достаточного количества растворенного кислорода. Однако, если осадок из резервуаров 3 и 4 не получает достаточной силы для движения вверх в аэрационный резервуар 2 с помощью пузырьков воздуха, вырывающихся из мембраны, используется вешалка 8 для активации смешивания осадка из аэрационного резервуара 2 с поступающими на очистку сточными водами, причем посредством этого получается жидкость со взвешенным осадком с дополнительной движущей силой, необходимой для восхождения ее потока. В то же время, если плотность микроорганизмов в аэрационном резервуаре 2 находится на уровне 4000 мг/л или меньше, можно использовать обычный аэродиффузор 5, обеспечивая таким способом кислород для окисления органических веществ и движущую силу для жидкости со взвешенным осадком.

Жидкость со взвешенным осадком, которая проходит в отстойник 4 после циркуляции через аэрационный резервуар 2 и бескислородный и анаэробный резервуар 3, пребывает в течение 2-3 часов в отстойнике 4, и таким образом микроорганизмы, прошедшие через аэрационный резервуар 2 и бескислородный и анаэробный резервуар 3, отделяются в твердое тело осадка и очищенную воду, а затем осадок оседает в отстойнике 4, а очищенная вода переливается через верх резервуара 4 и отводится через водослив 6.

Далее будут описываться эксперименты для сравнения настоящего изобретения с обычной установкой.

Пример для сравнения 1
В этом эксперименте сравнивают величины концентраций растворенного кислорода, соответствующие плотности микроорганизмов, когда используется обычное аэродиффузионное приспособление (с аэродиффузионной трубой с керамическим диском), с величинами при использовании аэродиффузионного приспособления с мембраной из пористого волокна (полисульфоновая ткань с размером пор 0,2 мкм). При этом скорость потока воздуха на каждой установке составляет 30 мл/мин. Результаты эксперимента приводятся в табл. 1 (см. в конце описания). Как видно из табл.1, в случае, когда эксперимент осуществляют с использованием обычного аэродиффузионного приспособления, истинная концентрация растворенного кислорода в аэрационном резервуаре снижается ниже 2,5 мг/л, когда плотность микроорганизмов (MLSS) превышает 6000 мг/л. В то же время, в случае, когда эксперимент осуществляют с использованием аэродиффузионного приспособления с мембраной (как при микрофильтрации или ультрафильтрации), истинная концентрация растворенного кислорода в резервуаре 2 держится выше 2,5 мг/л в интервале плотности MLSS выше 6000 мг/л.

Следовательно, это показывает, что установка с мембранным аэродиффузором может увеличить коэффициент массообмена кислорода еще больше, чем обычная аэродиффузионная установка, причем таким образом допускается поддержание плотности микроорганизмов в аэрационном резервуаре 2 на высоком уровне.

Пример для сравнения 2
В этом эксперименте наряду с процессом по настоящему изобретению осуществляют стандартный процесс с активным илом и А²/О-процесс (включающий анаэробные, бескислородные и аэробные условия), чтобы сравнить эффективность удаления органических веществ, азота и фосфора по данному изобретению с эффективностью при традиционных способах.

Также в этом эксперименте при каждом способе в качестве сточных вод, поступающих на очистку, используют сточные воды и фекальные вещества из места их накопления с высоким содержанием органических веществ, азота и фосфора. Скорость потока при очистке по каждому способу составляет 500 л/сутки, и каждый способ осуществляют в ряд.

В табл.2 приводятся рабочие режимы, применяемые в данном эксперименте в каждом способе.

Как показывает табл. 2, при стандартном способе с активным илом и А²/О-способе устанавливается плотность микроорганизмов примерно 4000 мг/л, а в способе по настоящему изобретению в аэродиффузионном приспособлении используют мембрану из пористого волокна - полисульфоновую ткань с диаметром пор 0,2 мкм, и поддерживают плотность микроорганизмов 8000-10000 мг/л.

В табл. 3 приводятся показатели изменения состава очищенной воды после осуществления соответственно стандартного способа с активным илом, А²/О-способа и способа по настоящему изобретению, являющиеся усредненными результатами работы по каждому способу в течение примерно 6 месяцев.

В табл. 3 ХПК, TKN, NO₃-N, T-P и T-N соответственно обозначают химическую потребность в кислороде, общее содержание азота по Кьельдалю, нитратный азот, общее содержание фосфора, общее содержание азота.

Как показывает табл. 3, степень удаления органических веществ, азота и фосфора по способу А²/О, в котором в дополнение к процессу аэрации имеются анаэробный процесс и процесс денитрификации, превышает соответствующие показатели стандартного способа с активным илом. Степень удаления и органических веществ, и азота, и фосфора при способе по настоящему изобретению, при котором можно поддерживать плотность микроорганизмов на высоком уровне, значительно превосходит соответствующие показатели этих двух указанных способов.

В табл. 4 приводятся индексы илообразования (SVI) и содержание фосфора в иле из аэрационного резервуара при каждом способе: стандартном способе с активным илом, А²/О - способе и способе по настоящему изобретению.

Как показывает табл. 4, ил из аэрационного резервуара при способе по настоящему изобретению имеет наивысшее содержание фосфора, и SVI при способе по настоящему изобретению также лучше, чем SVI при других способах.

По настоящему изобретению, с описанной выше конструкцией, можно получить следующие различные преимущества и эффекты.

Так как содержание фосфора в иле при данном способе, когда повторяются анаэробный и аэробный режимы, находится в интервале 6-8%, в то время как при традиционном способе только в аэробном режиме это содержание составляет менее 2%, содержание минеральных веществ в иле по настоящему изобретению выше, чем при традиционном способе, и характеристики осаждения ила по настоящему изобретению лучше, чем при обычном способе.

В настоящем изобретении, поскольку реакционное пространство, за исключением резервуара для биологического воздействия, отделено от подаваемого воздуха, причем таким образом предотвращается вихревой поток от происходящего в пространстве, указанное пространство можно использовать в качестве отстойника.

Кроме того, так как в настоящем изобретении вместо обычного аэродиффузионного приспособления, которое образует относительно большие пузырьки воздуха, используется мембрана, как при микрофильтрации или ультрафильтрации, которая может генерировать мелкие пузырьки воздуха, коэффициент массообмена кислорода по настоящему изобретению может значительно возрасти по сравнению с коэффициентом в известном уровне техники, поэтому по настоящему изобретению плотность микроорганизмов в реакционном резервуаре можно поддерживать на высоком уровне, и по настоящему изобретению можно эффективно очищать не только коммунально-бытовые сточные воды, но также фекальные вещества и сточные воды из места накопления, в которых более высокое содержание органических веществ, азота и фосфора, чем при обычном процессе. Эту очистку можно также осуществлять на той же площади, что и биологическую реакцию.

По настоящему изобретению, так как жидкость со взвешенным осадком перемещается между резервуарами за счет приобретения движущей силы от пузырьков воздуха, вырывающихся из мембраны, нет необходимости в насосе для перемещения осадка между резервуарами и в установке дополнительных технических средств, относящихся к этому насосу.

Таким образом, реактор согласно настоящему изобретению является простым в конструктивном отношении, и стоимость изготовления такого реактора снижается.

Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается определенным вариантом его воплощения, описанным здесь в качестве наилучшего варианта, предпочтительного для осуществления настоящего изобретения, более точно - настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами его воплощения, описанными в данном описании, и его объем определяется только прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к установке и способу биологической очистки нечистот и сточных вод. Установка содержит аэрационный резервуар для приема и аэрации поступающих на очистку сточных вод и осадка, устройство для генерации пузырьков воздуха для обеспечения поступающих на очистку сточных вод воздухом и/или кислородом в форме пузырьков воздуха. Устройство снабжено бескислородным и анаэробным резервуаром, который установлен с наружной стороны аэрационного резервуара для удаления азота и извлечения фосфора из жидкости со взвешенным осадком, и отстойником, который установлен с наружной стороны бескислородного и анаэробного резервуара, для осаждения осадка, взвешенного в жидкости. Каждую стадию-реакцию окисления органических веществ, удаление азота и фосфора в бескислородных и анаэробных условиях и осаждение микроорганизмов эффективно осуществляют в одном реакторе многотрубной конструкции. Технический эффект - уменьшение габаритов конструкции, обеспечение оптимальных условий для эффективного удаления органических веществ, азота и фосфора при минимальном расстоянии перемещения сточных вод. 2 с. и 21 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

1. Установка для биологической обработки нечистот и сточных вод, содержащая аэрационный резервуар для окисления органических веществ, содержащихся в нечистотах и сточных водах, бескислородный и анаэробный резервуар для извлечения фосфора и удаления азота из сточных вод при анаэробных условиях и отстойник для осаждения микроорганизмов, выросших в аэрационном резервуаре, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство для генерации пузырьков воздуха, установленное на дне аэрационного резервуара для обеспечения поступивших в этот резервуар на очистку сточных вод и осадка воздухом и/или кислородом для реакции окисления, причем выходящие из устройства для генерации пузырьки воздуха обладают движущей силой, достаточной для осуществления подъема и циркуляции в аэрационном резервуаре жидкости со взвешенным осадком, при этом бескислородный и анаэробный резервуар установлен снаружи аэрационного резервуара и предназначен для приема жидкости со взвешенным осадком, выходящей из аэрационного резервуара, в пространство, образованное между аэрационным резервуаром и бескислородным и анаэробным резервуаром, а отстойник установлен снаружи бескислородного и анаэробного резервуара и предназначен для приема жидкости со взвешенным осадком, проходящей в отстойник после циркуляции через аэрационный резервуар в пространство, образованное между бескислородным и анаэробным резервуаром и отстойником. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что включает множество плоских элементов, закрепленных на внутренней стенке бескислородного и анаэробного резервуара, для эффективного и равномерного перемешивания жидкости со взвешенным осадком, проходящей в бескислородный и анаэробный резервуар, за счет столкновения втекающей жидкости с плоскими элементами. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что аэрационный резервуар, бескислородный и анаэробный резервуар и отстойник в нижней части сужаются вовнутрь с наклоном 1/10-1/20. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что включает устройство для перемешивания, которое установлено в верхней части аэрационного резервуара для обеспечения циркулирующей силы, позволяющей осадку из аэрационного резервуара смешиваться с поступающими на очистку сточными водами и проходить вверх в резервуаре. 5. Установка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что устройство для генерации пузырьков воздуха выполнено с мембраной, имеющей множество мелких пор. 6. Установка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что устройство для генерации пузырьков воздуха выполнено с аэродиффузионной трубой. 7. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что мембрана представляет собой мембрану для микрофильтрации и ультрафильтрации. 8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что аэрационный резервуар и бескислородный и анаэробный резервуар выполнены в виде единого тела, состоящего из коаксиальной мультитрубы кругового или многоугольного сечения, причем одна труба находится внутри другой, а у каждой трубы открыты верхняя и нижняя части. 9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что включает множество первых опорных элементов для размещения аэрационного резервуара в пространстве внутри бескислородного и анаэробного резервуара таким образом, что между аэрационным резервуаром и бескислородным и анаэробным резервуаром образовано заранее установленное пространство. 10. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что включает множество вторых опорных элементов для размещения бескислородного и анаэробного резервуара в пространстве внутри отстойника таким образом, что между бескислородным и анаэробным резервуаром и отстойником образовано заранее установленное пространство. 11. Установка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что включает устройство для предупреждения всплытия осадка в отстойнике, когда выпускают очищенную воду, которое установлено в заранее определенной позиции в пространстве между отстойником и бескислородным и анаэробным резервуаром. 12. Установка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что включает водослив, который установлен вверху на наружной стене отстойника, для выпуска очищенной воды после ее периодического прибывания. 13. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что включает крышку для предотвращения попадания дождевой воды или посторонних веществ, которая установлена на верхнем крае отстойника. 14. Способ биологической очистки нечистот и сточных вод, включающий стадии приема сточных вод, извлечения фосфора и удаления азота из сточных вод со взвешенным осадком и возвращения осадка из отстойника и бескислородного и анаэробного резервуара в аэрационный резервуар и последующего окисления и удаления органических веществ, азота и поглощения фосфора микроорганизмами, отличающийся тем, что включает образование в аэрационном резервуаре мелких пузырьков воздуха посредством устройства для генерации пузырьков воздуха, обеспечение поступающих на очистку сточных вод и осадка в аэрационном резервуаре воздухом и/или кислородом, переливание поступающей на очистку воды и осадка из аэрационного резервуара в бескислородный и анаэробный резервуар, смешивание осадка, образовавшегося в аэрационном резервуаре после осуществления стадии возвращения осадка из отстойника и бескислородного и анаэробного резервуара в аэрационный резервуар с поступающими на очистку сточными водами, проходящими в аэрационный резервуар с открытого пространства, последующую циркуляцию сточных вод со взвешенным осадком снова по указанным стадиям, разделение осадка и сточных вод, поступивших в отстойник после циркуляции через аэрационный резервуар и бескислородный и анаэробный резервуар, на твердую и жидкую фазы, последующее осаждение осадка и выпуск очищенной воды в открытое пространство через водослив. 15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что стадию образования мелких пузырьков воздуха осуществляют с использованием аэродиффузионной трубы в случае, когда плотность микроорганизмов в реакционных резервуарах составляет 4000 мг/л или меньше, или с использованием мембраны с мелкими порами, как для микрофильтрации или ультрафильтрации, в случае, когда плотность микроорганизмов составляет 4000 мг/л или больше. 16. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что стадию переливания осуществляют до окисления органических веществ, поступающих на очистку сточных вод в аэробных условиях в аэрационном резервуаре. 17. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что стадию переливания осуществляют путем циркуляции жидкости со взвешенным осадком из аэрационного резервуара, обеспечивая возможность переливания ее из аэрационного резервуара с использованием движущей силы пузырьков воздуха, вырывающихся из аэродиффузионной трубы. 18. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что стадию переливания осуществляют с помощью устройства для перемешивания и обеспечения жидкости со взвешенным осадком дополнительной силой для подъема в случае, когда движущей силы пузырьков воздуха недостаточно. 19. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что стадию извлечения фосфора и удаления азота из сточных вод осуществляют путем восстановления нитратного азота из жидкости со взвешенным осадком до газообразного азота в верхней части бескислородного и анаэробного резервуара и удаления из нее газообразного азота и путем извлечения фосфора из отсека с микроорганизмами при анаэробных условиях в нижней части бескислородного и анаэробного резервуара с использованием в качестве источника углерода органических веществ, поступающих на очистку сточных вод, которые остаются после реакции удаления азота. 20. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что стадия извлечения фосфора и удаления азота из сточных вод включает процесс более эффективного перемешивания жидкости со взвешенным осадком, проходящей в бескислородный и анаэробный резервуар, за счет столкновения проходящей жидкости с плоскими элементами, установленными на внутренней стенке бескислородного и анаэробного резервуара. 21. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что стадия извлечения фосфора и удаления азота из сточных вод включает установку времени пребывания в бескислородном и анаэробном резервуаре в пределах 1 ч в зависимости от скорости прохождения потока. 22. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что возвращение осадка из отстойника и бескислородного и анаэробного резервуара в аэрационный резервуар осуществляют за счет использования движущей силы пузырьков воздуха, вырывающихся из устройства для генерации пузырьков воздуха. 23. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что стадия возвращения осадка из отстойника и бескислородного и анаэробного резервуара в аэрационный резервуар включает поддержание в аэрационном резервуаре времени гидравлического пребывания в интервале 4-8 ч и отношения продукт/микроорганизмы равным 0,1 кг потребности биологического кислорода/кг смешанного раствора взвешенных частиц в сутки.