УСТАНОВКА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2004 года по МПК C02F3/30 C02F3/30 C02F101/30 

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано для очистки промышленных и бытовых сточных вод от широкого спектра растворенных и взвешенных органических соединений.

Известна установка биологической очистки сточных вод, содержащая прямоугольный корпус в виде емкости, включающей первичный отстойник, аэротенк с носителем прикрепленной микрофлоры, снабженный аэрационной системой, вторичный отстойник, систему рециркуляции активного ила и блок бактерицидной обработки очищенной воды (патент РФ №2094395, МПК 7 C 02 F 3/08, oп. 27.10.1997).

Недостатком известной установки является невысокая степень очистки, обусловленная отсутствием емкости для анаэробного сбраживания сточных вод, при котором происходит деструкция органических загрязнений до более простых веществ, что упрощает усвоение их аэробными микроорганизмами в аэротенке. Кроме того, в первичном отстойнике осаждаются только крупные взвешенные частицы, а мелкодисперсные взвешенные вещества, остающиеся в стоках, осаждаются в аэротенке и заиливают носители прикрепленной микрофлоры, что также снижает качество очистки.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является установка микробиологической очистки сточных вод, содержащая последовательно расположенные в корпусе секции анаэробной и аэробной обработки воды, выполненные в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками и снабженных носителями для иммобилизации микроорганизмов в виде съемных кассет из синтетического материала, и блок доочистки, при этом секция анаэробной обработки воды снабжена системой подогрева сточной воды, секция аэробной обработки воды - системой аэрации в виде перфорированных труб, а блок доочистки выполнен в виде двух последовательно соединенных биофильтров с фильтрующими загрузками, в качестве которых первый биофильтр содержит песок, а второй - активированный уголь (Авт. св. СССР №1161481, МПК 7 C 02 F 3/00, oп. 1983 г.).

Недостатком известной установки является невысокая эффективность очистки сточных вод, обусловленная заиливанием носителей для иммобилизации микроорганизмов в результате осаждения взвешенных веществ. Заиливание носителей вызывает снижение концентрации биомассы на единицу объема, что приводит к снижению степени деструкции загрязняющих воду компонентов. Эффективность деструкции загрязнителей снижается также вследствие неудовлетворительной работы аэрирующей системы, подающей воздух в воду крупными пузырьками, что не обеспечивает достаточное количество растворенного кислорода в очищаемой воде и, таким образом, оптимальных условий для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод при обеспечении малогабаритности, мобильности и универсальности установки.

Поставленная задача в заявляемой установке микробиологической очистки сточных вод, включающей систему подогрева, последовательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию анаэробной обработки воды, секцию аэробной обработки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, которые выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, причем секции анаэробной и аэробной обработки воды снабжены носителями для иммобилизации микроорганизмов, решается за счет того, что в корпусе перед секцией анаэробной обработки воды расположена секция отстаивания, разделенная перегородкой с образованием нижнего перелива на гидравлически сообщающиеся камеры первичного и тонкослойного отстаивания, секция доочистки включает вторую камеру тонкослойного отстаивания, при этом днища обеих секций выполнены с конусообразными углублениями, камеры тонкослойного отстаивания снабжены насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин из полимерного материала со скользящей верхней поверхностью и ребрами жесткости на нижней поверхности, а система подогрева установлена в камере первичного отстаивания.

Другими отличиями заявляемой установки микробиологической очистки сточных вод является то, что параллельные наклонные пластины насадки камер тонкослойного отстаивания установлены под углом не более 90° по отношению к пластинам другого ряда, а ребра жесткости на нижней поверхности пластин выполнены на расстоянии 100-150 мм. При этом система аэрации секции аэробной обработки воды выполнена в виде дисковых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха.

Технический результат, получаемый за счет наличия в установке секции отстаивания, выполненной в виде смежных камер первичного и тонкослойного отстаивания и расположенной перед секцией анаэробной обработки, состоит в обеспечении возможности осаждения как крупных (в камере первичного отстаивания), так и мелкодисперсных (в камере тонкослойного отстаивания) взвешенных веществ до степени глубокого осветления поступающей на очистку сточной воды.

Такая высокая степень очистки воды от взвешенных веществ на относительно малой площади секции отстаивания достигается благодаря форме насадки и наличию нижнего перелива, обеспечивающего восходящий вертикальный поток воды в камере тонкослойного отстаивания. Ребра жесткости, выполненные на нижней поверхности наклонных пластин насадки, способствуют торможению, “расслоению” потока и более быстрому осаждению твердой фазы на нижележащую наклонную пластину, скользящая верхняя поверхность которой обеспечивает беспрепятственное стекание осадка в конусообразное углубление днища. При этом форма выполнения днища секции отстаивания обеспечивает своевременное удаление осадка из зоны очистки. Поступление на последующие этапы очистки осветленной воды предотвращает заиливание носителей для иммобилизации микроорганизмов в секциях анаэробной и аэробной обработки и способствует достижению высокой степени деструкции растворенной органики.

Технический результат, получаемый за счет установки системы подогрева в камере первичного отстаивания, обеспечивает условия для жизнедеятельности микроорганизмов уже в секции отстаивания, что позволяет начать процесс анаэробной обработки воды до ее поступления в секцию анаэробной обработки в камере тонкослойного отстаивания. Совмещение процессов осаждения взвешенных веществ и деструкции растворенных органических загрязнений с помощью анаэробных микроорганизмов в камере тонкослойного отстаивания обеспечивает компактность установки при высокой эффективности очистки.

Технический результат, получаемый за счет наличия камеры тонкослойного отстаивания с насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин в секции доочистки воды, состоит в интенсификации процесса осаждении иловых частиц, выносимых с предыдущих стадий очистки, при этом форма днища секции доочистки обеспечивает удаление осадка из зоны очистки.

Технический результат, получаемый за счет угла расположения наклонных пластин насадки камер тонкослойного отстаивания и расстояния между ребрами жесткости на нижней поверхности пластин, состоит в создании оптимальных условий для интенсивного осаждения взвешенных веществ, что позволяет в малом объеме камер тонкослойного отстаивания добиваться высокой степени очистки воды от взвешенных веществ.

Технический результат, получаемый вследствие выполнения системы аэрации секции аэробной обработки воды в виде дисковых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха, состоит в обеспечении мелкопузырчатой аэрации: размер пузырьков воздуха составляет 100 мкм, что увеличивает насыщение воды кислородом, необходимым для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Это интенсифицирует процесс деструкции загрязнений в секции аэробной обработки воды, исключает появление застойных зон, где могут сформироваться условия для гнилостных процессов.

Известно техническое решение, согласно которому первым в корпусе установки очистки сточной воды расположен первичный отстойник (патент РФ №2094395). В данном техническом решении отстойник выполняет только свойственную ему функцию - отделение взвешенных веществ.

В отличие от известного технического решения в заявляемом изобретении признак размещения в корпусе первой по ходу воды секции отстаивания в совокупности с признаками ее конструктивного выполнения обеспечивает не только усиление известного эффекта (более интенсивное по сравнению с известным техническим решением осаждение взвешенных веществ, позволяющее очищать воду до степени ее глубокого осветления), но и новый технический результат - начало процесса анаэробной деструкции загрязнений уже в секции отстаивания (в основном в камере тонкослойного отстаивания) до попадания воды в секцию анаэробной обработки, таким образом, камера тонкослойного отстаивания данной секции приобретает несвойственную ей функцию анаэробного реактора. Совмещение процессов отстаивания и анаэробной обработки интенсифицирует весь процесс очистки воды, т.к. приводит к увеличению продолжительности стадии анаэробного сбраживания и, таким образом, к более полному разложению органики до простых и легко усваиваемых аэробными микроорганизмами веществ. Это позволяет уменьшить объем секции аэробной обработки и несмотря на увеличение количества секций не увеличивать габариты установки.

Известна система аэрации, состоящая из соединенных отрезков воздуховодов с дисковыми аэраторами (Попкович Г.С., Репин Б.Н. Системы аэрации сточных вод. М.: Стройиздат, 1986 г., с. 47).

В предлагаемом техническом решении дисковые аэраторы применены по своему известному назначению с достижением ожидаемого результата.

Таким образом, предлагаемое техническое решение представляет собой совокупность новых и известных признаков, причем известные признаки применены как по свойственному им назначению с известным или усиленным результатом, так и дают в совокупности с другими признаками новый технический результат, проявляя новые, несвойственные им функции. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию “изобретательский уровень”.

На чертеже представлен общий вид установки микробиологической очистки сточных вод.

Установка содержит теплоизолированный корпус 1 с входным патрубком 2 и камерой 3 гашения скоростного напора. В корпусе последовательно расположены по ходу движения сточной воды секция отстаивания в виде смежных камер 4 и 5 первичного и тонкослойного отстаивания соответственно с образованием нижнего перелива, обеспечивающего вертикальный восходящий поток в камере 5 тонкослойного отстаивания. В боковой стенке камеры 4 первичного отстаивания смонтирована система 6 подогрева сточной воды. Далее расположена секция 7 анаэробной обработки воды, секция 8 аэробной обработки воды с системой аэрации в виде сообщенных с источником сжатого воздуха (на чертеже не показан) воздуховодов 9 с установленными на них дисковыми аэраторами 10, в качестве которых могут быть использованы пластинчатые мелкопузырчатые керамические, резиновые и другие дисковые аэраторы. Секции 7 и 8 анаэробной и аэробной обработки воды выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками 11 с образованием поочередно верхнего и нижнего переливов, обеспечивающих в камерах вертикальные потоки с поочередно изменяющимся направлением. В камерах 7 и 8 анаэробной и аэробной обработки воды установлены носители 12, например, из объемного пористого материала с развитой поверхностью для иммобилизации микроорганизмов. Далее по ходу движения воды расположена секция доочистки воды (для очистки от выносимых из предыдущих камер иловых частиц), которая может быть выполнена, например, в виде смежных камер 13 и 14 тонкослойного отстаивания и фильтрации соответственно. Секция доочистки может иметь другое конструктивное выполнение при обязательном наличии камеры тонкослойного отстаивания с насадкой и обеспечении в ней вертикального восходящего потока очищаемой сточной воды. Днища 15 секций отстаивания и доочистки имеют конусообразные углубления. Камеры 5 и 13 тонкослойного отстаивания снабжены насадками 16 в виде рядов параллельных наклонных пластин со скользящей верхней поверхностью, расположенных под углом не более 90° по отношению к пластинам другого ряда. На нижней поверхности пластин выполнены ребра 17 жесткости на расстоянии 120-150 мм. Камера тонкослойного отстаивания секции доочистки оборудована системой 18 рециркуляции ила. Секция доочистки имеет патрубок 19 для отвода очищенной воды.

Установка работает следующим образом.

Сточная вода поступает через входной патрубок 2 корпуса 1 в камеру 3 гашения скоростного потока, где происходит снижение и выравнивание скорости потока, изменение направления его движения и первичное отделение наиболее крупных и тяжелых взвешенных веществ. Далее вода поступает в камеру 4 первичного отстаивания для осаждения более крупных взвешенных веществ. Сточная вода, нагретая в камере 4 первичного отстаивания с помощью системы 6 подогрева до необходимой температуры, обеспечивающей оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, через нижний перелив поступает в камеру 5 тонкослойного отстаивания для глубокого осветления воды. Скорость проходящего между пластинами насадки 16 восходящего потока сточной воды резко падает в результате столкновения с ребрами 17 жесткости, выполненными на нижней поверхности пластин, в результате чего происходит “расслоение” потока и интенсивное осаждение взвешенных веществ на верхней скользящей поверхности нижележащих пластин, при этом благодаря наклонному положению пластин осадок стекает в конусообразное углубление днища. На верхних пластинах насадки 16 оседают самые тонкие взвешенные вещества. Одновременно в камере 5 тонкослойного отстаивания, где обеспечены оптимальные температурные и другие условия для содержащихся в сточных водах анаэробных микроорганизмов (дрожжей, микроскопических грибов, сульфатредуцирующих и гнилостных бактерий), начинается процесс сбраживания растворенной органики и ее частичная деструкция до более простых соединений (аминокислот, фосфор- и азотсодержащих соединений). Основные процессы деструкции органических веществ происходят в секциях 7 и 8 анаэробной и аэробной обработки воды с помощью свободноплавающих и иммобилизованных на носителях форм микроорганизмов - деструкторов конкретных видов загрязнений. Осветленная вода с частично разложившейся органикой из камеры тонкослойного отстаивания поступает через верхний перелив в первую камеру секции 7 анаэробной обработки воды с иммобилизованными на носителях 12 анаэробными микроорганизмами - деструкторами конкретных загрязняющих веществ, содержащихся в очищаемых стоках, где происходит более полное разложение растворенной органики до более простых веществ. После последовательного прохождения сточной воды через камеры секции 7 анаэробной обработки осветленная сточная вода с разложившейся органикой поступает в секцию 8 аэробной обработки, где происходит окончательное разложение органических веществ (окислительно-восстановительный процесс), в частности, денитрифицирующие микроорганизмы свободноплавающих и иммобилизованных на носителях форм разлагают азотистые соединения до нитратов и нитритов. При этом из-за отсутствия взвешенных веществ создаются благоприятные условия для биоценоза активного ила (отсутствия заиливания, застойных зон). В камеры секции 8 аэробной обработки через воздуховоды 9 и мелкопузырчатые дисковые аэраторы 10 от источника сжатого воздуха поступает воздух в виде мельчайших пузырьков размером до 100 мкм, что необходимо для обеспечения жизнедеятельности аэробных микроорганизмов и удаления газообразных продуктов распада. Корпус 1 имеет теплоизоляцию, что позволяет поддерживать постоянную температуру воды во всех камерах установки. В установке формируется трофическая цепочка, представленная биоценозом микроорганизмов, завершающим звеном которой являются хищные формы. В секции 8 аэробной обработки в последней фазе очистки происходит полная минерализация активного ила, в результате чего он становится неспособным к загниванию, т.е. приобретает стабильные свойства. После секции 8 аэробной обработки очищенная вода поступает в камеру 13 тонкослойного отстаивания секции доочистки, где происходит осаждение иловых частиц в конусообразное углубление днища, откуда посредством эрлифта производится подача ила на рециркуляцию (система 18 рециркуляции ила). Завершение процесса очистки происходит в камере 14 фильтрации. Очищенную воду отводят через патрубок 19.

Проводили лабораторные испытания камеры тонкослойного отстаивания с насадкой с целью определения оптимальных угла наклона пластин и расстояния между ребрами жесткости на их нижней поверхности. Испытания показали, что увеличение угла наклона пластин (больше 45° и больше 90° по отношению к пластинам другого ряда) снижает скорость стекания оседающего на верхней поверхности пластины осадка, а уменьшение расстояния между пластинами до величины, меньшей 100 мм или увеличение его до величины, большей 150 мм, приводит к снижению интенсивности осаждения взвешенных веществ.

Изготовлены и прошли испытания опытно-промышленные образцы установки производительностью от 20 до 100 м³/сут (возможно увеличение производительности установки до требуемых величии). Размер установок при этом составил от 2×6×2 м до 2,2×12×2,4 м. Установки были доставлены на место испытаний в полностью собранном виде.

В установки подавали хозфекальные сточные воды, а также сточную воду производства по переработке газа. Установки работали круглосуточно. Расход воздуха составлял 2,0-2,5 м³ на м³ стоков в час, потребляемая мощность - 15-75 кВт. Установки устойчиво работали при колебаниях расхода воды от 15 до 150%, быстро восстанавливали работоспособность после длительных перерывов в подаче воздуха - до 2-3 суток. При работе не требовалось постоянное присутствие персонала.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Эффективность очистки составила 98-99,8%. Очищенная вода соответствовала требованиям, предъявляемым к сточным водам для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения или для использования в системах оборотного водоснабжения.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает осуществление полного цикла очистки сточных вод с различными видами загрязнений с высокой степенью, является компактной, мобильной, удобной и устойчивой в эксплуатации.

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано для очистки промышленных и бытовых сточных вод от широкого спектра растворенных и взвешенных органических соединений. Установка содержит систему подогрева, последовательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию отстаивания, разделенную перегородкой с образованием нижнего перелива на камеры первичного и тонкослойного отстаивания, секцию анаэробной обработки воды, секцию аэробной обработки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, включающую вторую камеру тонкослойного отстаивания. Секции анаэробной и аэробной обработки воды снабжены носителями для иммобилизации микроорганизмов. Все секции выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, причем система подогрева установлена в камере первичного отстаивания, а камеры тонкослойного отстаивания снабжены насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин из полимерного материала со скользящей верхней поверхностью и ребрами жесткости на нижней поверхности. Параллельные наклонные пластины насадки установлены под углом не более 90° по отношению к пластинам другого ряда, а ребра жесткости на нижней поверхности пластин выполнены на расстоянии 100-150 мм. Днища секций отстаивания и доочистки выполнены с конусообразными углублениями. Система аэрации секции аэробной обработки воды выполнена в виде дисковых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха. Технический эффект - повышение эффективности очистки сточных вод при обеспечении малогабаритности, мобильности и универсальности установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Установка микробиологической очистки сточных вод, включающая систему подогрева, последовательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию анаэробной обработки воды, секцию аэробной обработки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, которые выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, причем секции анаэробной и аэробной обработки воды снабжены носителями для иммобилизации микроорганизмов, отличающаяся тем, что в корпусе перед секцией анаэробной обработки воды расположена секция отстаивания, разделенная перегородкой с образованием нижнего перелива на гидравлически сообщающиеся камеры первичного и тонкослойного отстаивания, секция доочистки воды включает вторую камеру тонкослойного отстаивания, при этом днища обеих секций выполнены с конусообразными углублениями, камеры тонкослойного отстаивания снабжены насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин из полимерного материала со скользящей верхней поверхностью и ребрами жесткости на нижней поверхности, а система подогрева установлена в камере первичного отстаивания.2. Установка микробиологической очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что параллельные наклонные пластины насадки камер тонкослойного отстаивания установлены под углом не более 90° по отношению к пластинам другого ряда, а ребра жесткости на нижней поверхности пластин выполнены на расстоянии 100-150 мм.3. Установка микробиологической очистки сточных вод по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система аэрации секции аэробной обработки воды выполнена в виде дисковых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха.