УНИФИЦИРОВАННАЯ МОДУЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2006 года по МПК C02F3/12 

Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод относится к устройствам, используемым на городских станциях аэрации для полного биохимического окисления бытовых сточных вод и близких к ним по составу производственных сточных вод, и позволяет обеспечить устойчивый режим очистки вод, в том числе, в периоды межсезонья при превышении расчетных расходов сброса сточных вод за счет ливнестока и при залповых поступлениях загрязняющих примесей.

Известен аэротенк-вытеснитель [1], включающий корпус, разделенный перегородками, соединенными с дном сооружения дугообразными элементами. Перегородки делят корпус на сообщающиеся последовательно коридоры с равными по площади вертикальными поперечными сечениями.

Недостатком данного технического решения являются значительная площадь и невозможность оперативно реагировать на изменение качества подаваемых на очистку сточных вод.

Известен блок биологической очистки сточных вод [2], содержащий вертикальный корпус с камерой аэробной обработки с узлом аэрации в придонном пространстве, камерой отстаивания в виде цилиндрического кольцевого отстойника с тонкослойными модулями, коническим днищем и накопительными карманами и иловыми щелями, цилиндрической камерой анаэробной обработки с коническим днищем, расположенной коаксиально корпусу и снабженной лотками перелива иловой смеси, коллектором для отвода илового осадка и загрузкой для иммобилизации микрофлоры.

Недостатком данных технических решений является наличие в конструкции конических элементов, способствующих накоплению в них ила и его последующему загниванию, труднодоступностью узла аэрации, расположенному в придонном пространстве, высокой вероятностью гибели микрофлоры во время залповых поступлений токсичных соединений, невозможностью полноценной регенерации тонкослойных модулей, из-за чего происходит скапливание осадка на их стенках и его загнивание.

Известен реактор доочистки природных и сточных вод [3], включающий резервуар коридорного типа, разделенный поперечными перегородками на камеры, подающий и отводящий трубопроводы, фильтрующие блоки с центральной трубой на всю высоту блока, аэраторы, размещаемые под фильтрующими блоками и у противоположных стенок резервуара в отсеках аэрации и устройство для удержания и перемещения фильтрующих блоков. Боковые грани фильтрующих блоков, расположенных на границе отсеков фильтрации и аэрации, обращены к отсеку аэрации и выполнены из ершей.

Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности обеспечения стабильно высокого качества доочистки биохимически окисленных сточных вод при залповых поступлениях загрязняющих примесей, интенсивное заиливание материала загрузки вследствие отсутствия сплошной аэрации и, соответственно, незначительный межрегенерационный период.

Известна установка биологической очистки сточных вод [4] в виде прямоугольного корпуса, включающего первичный отстойник, аэротенк с носителем прикрепленной микрофлоры, разделенный вертикальными перегородками на ступени, аэрационную систему, вторичный отстойник, систему рециркуляции активного ила и блок бактерицидной обработки очищенной воды ультрафиолетовым излучением. Носитель прикрепленной микрофлоры выполнен в виде плоских экранов, установленных поперек движения потока по всей его ширине, первичный отстойник разделен по высоте перегородкой на две части и его нижняя часть дополнительно снабжена аэрационной системой, а сама установка содержит дополнительно усреднительную емкость с установленной в ней аэрационной системой и емкость аэробного стабилизатора с аэрационной системой.

Недостатком данных технических решений является необходимость использования дополнительных объемов для организации усреднения сточных вод и их первичной механической очистки, невозможность гибкого регулирования процессов биохимического окисления, в том числе, изменения окислительной мощности сооружения при изменениях исходных концентраций загрязняющих примесей.

Данное техническое решение является прототипом для предлагаемого изобретения как наиболее близкое к нему по своей технической сущности и достигаемому эффекту.

Целью настоящего изобретения являются уменьшение объема сооружения по сравнению с сооружениями аналогичной производительности, обеспечение простоты эксплуатации аэрационной системы, обеспечение стабильно высокого качества очистки воды за счет возможности регулирования соотношения зон аэробного и анаэробного окисления в ершовых полимерных элементах, усреднение расходов сточных вод и концентраций загрязняющих примесей за счет переменного уровня во всем объеме сооружения, обеспечение стабильных показателей на выходе из установки по остаточной величине БПК_полн на уровне 3-5 мг O₂/л, по взвешенным веществам до 3-5 мг/л и по азотной группе: аммонийный азот - до 4,4 мг/л, азот нитратов - до 9,1 мг/л, азот нитритов - до 0,08 мг/л.

Поставленные цели достигаются тем, что унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод, содержащая прямоугольный корпус в виде емкости, включающий встроенный блок механической очистки, секционированный аэротенк, оборудованный носителями прикрепленной микрофлоры в виде съемных кассет с закрепленными ершовыми полимерными элементами, аэрационной системой, закрепленной на съемных кассетах и позволяющей регулировать соотношение зон аэробного и анаэробного окисления в ершовых полимерных элементах, эхолотом, сблокированный со вторичным отстойником, имеющим слой взвешенного осадка и выполняющим функции усреднителя, оборудованным затопленным водосливом, биореактор доочистки, блоки дефосфотации и обеззараживания сточных вод, системы аэрации и рециркуляции активного ила включает аэротенк, функционирующий как секционированный аэротенк-вытеснитель, сблокированный со вторичным отстойником со слоем взвешенного осадка. В аэротенке поддерживается гидравлический режим, обеспечивающий многократное прохождение очищаемой воды через кассеты с закрепленными ершовыми полимерными элементами. Аэрационная система расположена на съемных кассетах с закрепленными ершовыми полимерными элементами, причем удельная поверхность ершовых полимерных элементов составляет 1,8 м²/м, а материалом скрутки ершовых полимерных элементов является нержавеющая проволока диаметром 0,6 мм. Регулирование интенсивности подачи воздуха в аэрационную систему аэротенка осуществляется с помощью эхолота, связанного с блоком автоматического регулирования подачи воздуха воздуходувкой. Во вторичном отстойнике расположен затопленный водослив, обеспечивающий диапазон изменения уровней воды до 1 м. Биореактор доочистки состоит из трех ступеней с системой рециркуляции из конца третьей ступени в начало первой, причем величина удельной поверхности ершовых полимерных элементов, используемых на третьей ступени биореактора доочистки, в 1,5 раза превышает удельную поверхность ершовых полимерных элементов первых двух ступеней.

Эксплуатация отстойника со слоем взвешенного осадка создает оптимальные условия для отделения взвесей. В аэротенке, функционирующем как вытеснитель, благодаря сосредоточенному торцевому подводу очищаемой воды и активного ила и продвижению иловой смеси к выходу из сооружения путем вытеснения ее вновь поступающими порциями очищаемой воды и иловой смеси, за счет многократного прохождения очищаемых вод через кассеты с закрепленными ершовыми полимерными элементами увеличивается время пребывания в зоне окисления. Данный комплекс технических решений позволяет уменьшить объем сооружения на 30% по сравнению с аналогами.

Простота эксплуатации аэрационной системы достигается тем, что она располагается на съемных кассетах с закрепленными ершовыми полимерными элементами, что обеспечивает легкий доступ к ней без остановки очистных сооружений при ремонте.

Регулирование зон окисления, в том числе, организация в аэротенке зоны анаэробного окисления при высоких исходных концентрациях загрязняющих примесей, достигаются за счет изменения интенсивности подачи воздуха элементами аэрационной системы. Интенсивность подачи воздуха в аэрационную систему аэротенка изменяется с помощью эхолота, связанного с блоком автоматического регулирования подачи воздуха воздуходувкой. Эхолот является основным элементом системы гидролокации. Это прибор для измерения глубины воды, действие которого основано на измерении времени прохождения звука: измеряя время между излучением звукового сигнала и приемом эха, методом гидролокации определяют пройденный звуком путь, а по нему расстояние до дна. В то же время, на скорость прохождения звука существенное влияние оказывает плотность среды (акустическое сопротивление), через которую проходит сигнал. Разность концентраций иммобилизованной биомассы при аэробных и анаэробных процессах в зоне кассет с ершовой загрузкой заявленного типа существенно отличается и, соответственно, наблюдается запаздывание сигнала. Таким образом, система на основе эхолота, включающая генератор ультразвуковых импульсов, излучатель, приемник, детектор и измеритель временных интервалов, качественно оценивает характер зоны окисления, и при определенном значении запаздывания сигнала может быть сделан вывод о появлении анаэробных зон.

Возможность изменения уровня воды в установке позволяет предотвращать самоокисления активного ила. Это достигается использованием затопленного водослива во вторичном отстойнике, который при прекращении поступления сточной воды частично опорожняется и примерно треть загрузки оказывается на воздухе, что способствует сохранению биомассы и, соответственно, быстрому выходу на технологический режим. Возможность изменения уровня воды позволяет также усреднять расходы сточных вод и концентрации загрязняющих примесей. Изменение кратности рециркуляции активного ила производится оперативно в зависимости от концентрации поступающих загрязняющих примесей, что обеспечивает устойчивую работу установки при низких концентрациях биогенных веществ.

Возможность регулирования степени отделения взвешенных веществ в отстойнике в режиме осветления со слоем взвешенного осадка достигается использованием вместо традиционных тонкослойных модулей кассет с закрепленными ершовыми полимерными элементами и варьированием скорости потока в зависимости от преобладающей крупности взвешенных частиц. Данная загрузка препятствует выносу из отстойника слоя взвешенного активного ила, сглаживая, тем самым, последствия неравномерности гидравлической нагрузки на отстойник.

На первой ступени биореактора доочистки создается аэрируемая буферная зона, основной задачей которой является удержание активного ила для его последующей регенерации и возврата в систему. Интенсивность подачи воздуха в режиме аэрации составляет 3 л/с на грамм иммобилизованной биомассы, а в режиме регенерации 10 л/с на грамм иммобилизованной биомассы. В биореакторе доочистки первая и вторая аэрируемые ступени содержат носители прикрепленной микрофлоры в виде кассет с закрепленными ершовыми полимерными элементами с удельной величиной удерживаемой биомассы по беззольному веществу порядка 60 г/м, для третьей ступени доочистки данная величина составляет порядка 90 г/м. Использование на различных ступенях доочистки ершовых полимерных элементов с различной величиной удельной поверхности позволяет стабильно обеспечивать эффективное снижение концентраций загрязняющих примесей даже при резких изменениях концентраций загрязняющих примесей и расходов сточных вод, поступающих на очистные сооружения, что иллюстрируется данными табл.1.

Сравнительные результаты применения ершовых полимерных элементов на различных стадиях биохимического окисления приведены в табл.2.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная схема унифицированной модульной установки для биохимической очистки сточных вод.

Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод содержит прямоугольный корпус 1 со встроенным блоком механической очистки 2, аэротенком 3, с расположенными в нем аэрационной системой 5, трубопроводом подачи активного ила 6, эхолотом 7, предназначенным для регулирования соотношения зон аэробного и анаэробного окисления, связанным с блоком автоматического регулирования подачи воздуха 8 и воздуходувкой 9, сблокированным с аэротенком 3 вторичным отстойником 10 с затопленным водосливом 11 и трехступенчатым биореактором доочистки 12, в аэротенке 3, вторичном отстойнике 10 и трехступенчатом биореакторе доочистки 12 расположены съемные кассеты с закрепленными ершовыми полимерными элементами 4. Также унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод снабжена блоком дефосфотации 13 и блоком обеззараживания 14.

Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод работает следующим образом.

Сточная жидкость самотеком поступает во встроенный блок механической очистки 2, в котором расположено фильтрующее самоочищающееся устройство, выполняющее функции песколовки и первичного отстойника. В блоке механической очистки происходит выделение грубодисперсных примесей диаметром более 1,5 мм и песка и первичное обезвоживание задержанных примесей со снижением влагосодержания на 15-20%. Из блока механической очистки 2 осветленная вода поступает в аэротенк 3, в котором с использованием прикрепленной микрофлоры протекает биологический процесс очистки сточной воды от органических загрязнений. В аэротенке 3 располагаются съемные кассеты 4 с закрепленными ершовыми полимерными элементами. В нижней части кассет крепится аэрационная система 5. В аэротенк 3 подается активный ил и циркулирующая иловая смесь по трубопроводу 6. Аэротенк-вытеснитель имеет сосредоточенный впуск воды и активного ила в торцевой части сооружения и характеризуется снижающейся нагрузкой на активный ил вдоль сооружения по мере продвижения иловой смеси к выходу из аэротенка. Формирование восходяще-нисходящих потоков, обеспечивающих многократное прохождение очищаемой воды через кассеты с ершовой загрузкой, позволяет увеличить время контакта очищаемой воды с иммобилизованной биомассой микроорганизмов, не нарушая гидравлическую схему функционирования аэротенка как аэротенка-вытеснителя - ранее поступившие порции иловой смеси вытесняются более поздними. Использование иммобилизованной микрофлоры способствует интенсификации биологических процессов окисления загрязняющих примесей. Концентрация микрофлоры в зоне расположения кассет 4 измеряется с помощью эхолота 7, связанного с блоком автоматического регулирования 8 подачи воздуха в аэрационную систему 5 воздуходувкой 9. Из аэротенка 3 вода поступает в сблокированный с ним вторичный отстойник 10, предназначенный для осаждения и последующего удаления избыточного активного ила. Отстойник работает в режиме осветления со слоем взвешенного осадка. Регулирование степени отделения взвешенных веществ в отстойнике в режиме осветления со слоем взвешенного осадка происходит благодаря наличию кассет с закрепленными ершовыми полимерными элементами и варьированию скорости потока в зависимости от преобладающей крупности взвешенных частиц. Блокирование аэротенка и отстойника и обеспечение специфического гидравлического режима, обеспечивающего многократное прохождение очищаемой воды через кассеты с иммобилизованной биомассой, позволяет уменьшить общий объем сооружения по сравнению с объемом традиционных аэротенков и вторичных отстойников.

Кроме того, система аэротенк-вытеснитель - вторичный отстойник позволяет обеспечивать устойчивую работу установки даже при снижении расхода сточных вод и снижении нагрузки на активный ил, так как вторичный отстойник в данных условиях способен поддерживать высокую концентрацию активного ила в системе благодаря повышению его седиментационных свойств. При снижении расхода сточных вод затопленный водослив 11 позволяет изменять уровень воды в установке, что предотвращает самоокисления активного ила. Затопленный водослив 11 при прекращении поступления сточной воды частично опорожняется и примерно треть загрузки оказывается на воздухе, что способствует сохранению биомассы и, соответственно, быстрому выходу на технологический режим. Диапазон изменения уровней воды до 1 м позволяет также усреднять расходы сточных вод и концентрации загрязняющих примесей. Из отстойника 10 вода поступает в трехступенчатый биореактор доочистки 12. В биореакторе доочистки по ступеням осуществляется сепарация по фракциям механических примесей, органических загрязнений, стабилизация биомассы живых микроорганизмов, фильтрация сточных вод и извлечение из нее взвешенных веществ. При этом происходит доочистка сточных вод до показателей 3-5 мг/л по взвешенным веществам и до 3-5 мг О₂/л по БПК_полн. При этом первая аэрируемая ступень биореактора выполняет роль буфера, удерживая активный ил в системе, позволяет отрегенерировать его и возвратить в систему. Очищенная вода после третьей ступени биореактора доочистки поступает на блок дефосфотации 13, представленный системой фильтров со специальной загрузкой и далее на блок обеззараживания 14, представленный камерой проточного типа УФ-обеззараживания.

Установка выполнена из двух независимых модулей, что позволяет очищать 75% поступающего стока без ухудшения качества очистки сточной воды при выходе из строя одного из модулей (согласно СНиП 2.04.03-85). Кроме того, подобное секционирование позволяет производить опорожнение и профилактический осмотр емкостей без остановки очистных сооружений.

Избыточная биомасса и взвешенные вещества из отстойников и регенерационная жидкость из биореакторов направляется в илоуплотнитель и далее на обезвоживание и стерилизацию. Вода после прохождения секций биореактора доочистки поступает на блоки дефосфотации и обеззараживания сточных вод.

Таблица 1.
Результаты использования ершовых полимерных элементов с различной величиной удельной поверхности в биореакторе доочисткиВид загрузки/диаметр полиамидных волокон, мм/удельная величина удерживающей поверхности биомассы, г/м.п.Показатели очищаемой воды по величинам БПК_полн, мг О₂/л1 ступень биореактора доочистки2 ступень биореактора доочистки3 ступень биореактора доочистки1 ступень биореактора доочистки2 ступень биореактора доочистки3 ступень биореактора доочисткиВходВыходВходВыходВходВыход0.27ЕВ-120нвх/270 мкм (90%) и 15 мкм (10%)/60 г/м0,27ЕВ-120нвх -
20/270 мкм (80%) и 15 мкм (20%)/60 г/м0.27ЕВ-120нвх - 60/270 мкм (40%) и 15 мкм (60%)/90 г/м157-7,57-7,55530.27ЕВ-120нвх/270 мкм (90%) и 15 мкм (10%)/60 г/м0.27ЕВ-120нвх/270 мкм (90%) и 15 мкм (10%)/60 г/м0.27ЕВ-120нвх/270 мкм (90%) и 15 мкм (10%)/60 г/м157-7,57-7,5775

Таблица 2.
Сравнительные результаты применения ершовых полимерных элементов на различных стадиях биохимического окисленияНаличие ершовых полимерных элементов и их характеристика (диаметр, мкм, и процентное содержание) полиамидных волоконХарактеристика очищенной воды на выходе из 3-й ступени биореактора доочисткиАэротенкВторичный отстой никБиореактор доочисткиБПК_полн, мг О₂/лВзвешенные вещества, мг/лАзотная группа1-я ступень2-я ступень3-я ступеньАммонийный азот, мг/лАзот нитритов, мг/лАзот нитратов, мг/л270 мкм (100%)600 мкм (100%)270 мкм (90%) и 15 мкм (10%)270 мкм (80%) и 15 мкм (20%)270 мкм (40%) и 15 мкм (60%)3-53-53-48-90,05-0,8270 мкм (100%)Отсутс твуют270 мкм (90%) и 15 мкм (10%)270 мкм (80%) и 15 мкм (20%)270 мкм (40%) и 15 мкм (60%)3-58-103-48-90,05-0,08270 мкм (100%)Отсутс твуютОтсутс твуютОтсутствуютОтсутствуют5-1010-15Более 5Более 10Более 0,2

Источники информации

1. Патент RU 2155162 С1, опубл. 27.08.2000.

2. Патент RU 2209778 С1, опубл. 10.08.2003.

3. Патент RU 2200135 С1, опубл. 10.03.2003.

4. Патент RU 2152907 C1, опубл. 20.07.2000.

Изобретение относится к устройствам, используемым на городских станциях аэрации для полного биохимического окисления бытовых сточных вод и близких к ним по составу производственных сточных вод. Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод содержит прямоугольный корпус в виде емкости, включающей встроенный блок механической очистки, секционированный аэротенк с носителями прикрепленной микрофлоры в виде съемных кассет с закрепленными ершовыми полимерными элементами и закрепленной на них аэрационной системой, эхолот, биореактор доочистки, блоки дефосфотации и обеззараживания сточных вод, системы аэрации и рециркуляции активного ила. Аэротенк сблокирован со вторичным отстойником, имеющим слой взвешенного осадка и выполняющим функции усреднителя, оборудованным затопленным водосливом. При этом в аэротенке, функционирующем как аэротенк-вытеснитель, поддерживается гидравлический режим, обеспечивающий многократное прохождение очищаемой воды через съемные кассеты. Технический результат: уменьшение объема сооружения, обеспечение простоты эксплуатации аэрационной системы, обеспечение стабильно высокого качества очистки воды, усреднение расходов сточных вод и концентраций загрязняющих примесей, обеспечение стабильных показателей на выходе из установки по остаточной величине БПК_полн на уровне 3-5 мг O₂/л, по взвешенным веществам до 3-5 мг/л и по азотной группе: аммонийный азот - до 4,4 мг/л, азот нитратов - до 9,1 мг/л, азот нитритов - до 0,08 мг/л. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод, содержащая прямоугольный корпус в виде емкости, включающий встроенный блок механической очистки, секционированный аэротенк, оборудованный носителями прикрепленной микрофлоры в виде съемных кассет с закрепленными ершовыми полимерными элементами, аэрационной системой, закрепленной на съемных кассетах и позволяющей регулировать соотношение зон аэробного и анаэробного окисления в ершовых полимерных элементах, эхолотом, сблокированный со вторичным отстойником, имеющим слой взвешенного осадка и выполняющим функции усреднителя, оборудованным затопленным водосливом, биореактор доочистки, блоки дефосфотации и обеззараживания сточных вод, системы аэрации и рециркуляции активного ила, отличающаяся тем, что в аэротенке, функционирующем как секционированный аэротенк-вытеснитель, сблокированный со вторичным отстойником со слоем взвешенного осадка, поддерживается гидравлический режим, обеспечивающий многократное прохождение очищаемой воды через кассеты с закрепленными ершовыми полимерными элементами.2. Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что аэрационная система расположена на съемных кассетах с закрепленными ершовыми полимерными элементами, причем удельная поверхность ершовых полимерных элементов составляет 1,8 м²/м, а материалом скрутки ершовых полимерных элементов является нержавеющая проволока диаметром 0,6 мм.3. Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что регулирование интенсивности подачи воздуха в аэрационную систему аэротенка осуществляется с помощью эхолота, связанного с блоком автоматического регулирования подачи воздуха воздуходувкой.4. Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что во вторичном отстойнике расположен затопленный водослив, обеспечивающий диапазон изменения уровней воды до 1 м.5. Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что биореактор доочистки состоит из трех ступеней с системой рециркуляции из конца третьей ступени в начало первой, причем величина удельной поверхности ершовых полимерных элементов, используемых на третьей ступени биореактора доочистки, в 1,5 раза превышает удельную поверхность ершовых полимерных элементов первых двух ступеней.