УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2007 года по МПК C02F3/00 C02F9/14 B01D25/00 

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод от взвешенных и растворенных органических веществ с применением микрофлоры и может быть использовано в сельском и коммунальном хозяйствах при очистке бытовых сточных вод.

Биологический метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.

Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, - биологическое окисление. Этот процесс осуществляется биоценозом, состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Очистка сточных вод биологическим методом проводится в аэробных и в анаэробных условиях. При очистке в анаэробных условиях сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями. При очистке в аэробных условиях в сообществе микроорганизмов развиваются простейшие.

Известен естественный метод биологической очистки сточных вод в биологических прудах, представляющих собой искусственные водоемы с глубиной, обычно не превышающей 1 м. Эти сооружения используются также и для глубокой очистки (доочистки) сточных вод, прошедших биологическую обработку. В окислительных процессах, протекающих в биологических прудах, существенную роль играет водная растительность, которая способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема, см. Кривошеин Д.А. и др. «Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков», Учебн. пособие, М., Высшая школа, 2003 г. 241-248.

Недостатком указанных сооружений является низкая окислительная способность, сезонность работы, потребность в больших территориях и др.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип изобретения, является установка для биологической очистки сточных вод, включающая резервуар, системы подвода исходной воды, отвода очищенной воды и биофильтр в виде сетеобразной загрузки, см. RU №1731739, М. Кл. С02F 3/00, 1989 г.

При работе этой установки сточная вода омывает биофильтр в виде неподвижного материала загрузки, например сетки с наросшей на ней пленкой слизистых обрастании, состоящей из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов.

Недостатком этого аналога является невысокая степень очистки, обусловленная сравнительно малой удельной рабочей поверхностью и, соответственно, малой скоростью массообмена.

Технической задачей, решаемой изобретением, является увеличение степени очистки за счет повышения удельной рабочей поверхности для заселения микроорганизмов и улучшения массообмена.

Решение указанной задачи обеспечено тем, что установка для биологической очистки сточных вод, включающая резервуар, системы подвода исходной сточной воды, отвода очищенной сточной воды и биофильтр, согласно изобретению, резервуар выполнен частично открытым с гидравлически сообщенными между собой, закрытыми приемной камерой, камерой - метатенком и осветлительной камерой, а также камерой биофильтра с не менее чем двумя гидравлически сообщенными между собой секциями, между которыми установлена разделительная продольная перегородка со сливной полкой, выполненной в ее верхней части, при этом камера биофильтра снабжена горловиной, сообщенной с атмосферой, а биофильтр размещен в обеих секциях этой камеры, одна из секций которого выполнена входной и гидравлически сообщена с камерой - метатенком, а другая выполнена выходной и гидравлически сообщена с осветлительной камерой.

В предпочтительных вариантах выполнения высота горловины камеры биофильтра выполнена из условия расположения ее входного среза над поверхностью грунта при заглубленном в грунт резервуаре; горловина камеры биофильтра оборудована паронепроницаемой крышкой; приемная камера, камера - метатенк, камера биофильтра и осветлительная камера гидравлически сообщены между собой за счет перфорированных участков, выполненных в нижних частях стенок между смежными камерами; перфорированный участок стенки между смежными камерой - метатенком и камерой биофильтра выполнен в виде вертикальных щелей с шириной не менее 20 мм и высотой до 0,5 м; загрузка биофильтра выполнена в виде каркасных блоков из прямоугольных пластиковых рамок с полимерной сеткой, скрепленных между собой в параллелепипед, при этом внутри параллелепипеда, в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси и вдоль этой оси с шагом не менее 15 мм, закреплены поперечные сетки; величина ячеек полимерной сетки составляет не более 10 мм · 10 мм; в ячейках полимерной сетки закреплены пучки полимерных волокон, длина пучков которых составляет не более шага закрепления поперечных сеток в каркасных блоках; загрузка биофильтра выполнена из объемного материала, например гравия, керамзита или шлака с крупностью фракций 15-80 мм, размещенного в контейнерах с проницаемыми стенками, соединенных в гирлянды.

Техническим результатом от использования предложенного изобретения является обеспечение создания компактной и простой в изготовлении и обслуживании моноблочной установки очистки бытовых сточных вод для обезвреживания стоков хозяйственно-фекального происхождения и доведения их качества до требований, предусмотренных санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:

на фиг.1 и 2 показаны общий вид (продольный разрез) и вид в плане (поперечный разрез) предложенной установки;

на фиг.3 - каркас для сетеобразной загрузки;

на фиг.4, 5 - общий вид и вид в плане блока сетеобразной загрузки;

на фиг.6 - фрагмент камеры биофильтра (продольный разрез).

Установка для биологической очистки сточных вод состоит из частично открытого резервуара 1 с патрубком 2 подвода исходной сточной воды и патрубком 3 отвода очищенной воды. Резервуар 1 выполнен с сообщенными между собой и закрытыми приемной камерой 4, камерой - метатенком 5 и осветлительной камерой 6, а также открытой двухсекционной камерой 7 с секциями 8 и 9 и биофильтрами, размещенными в этих секциях. Секции 8 и 9 выполнены, соответственно, в виде прямого (сверху-вниз) и обратного (снизу-вверх) потоков сточной воды, между которыми установлена разделительная перегородка 10. Биофильтр обратного потока размещен в секции 9 камеры 7 выше биофильтра в секции 8, при этом разделительная перегородка 10 снабжена съемной сливной полкой 11, установленной в ее верней части, с ориентацией слива полки по центру биофильтра в секции 8. Биофильтры в секциях 8 и 9 могут быть выполнены в виде блоков из соединенных между собой в параллелепипед каркасных прямоугольных пластиковых рамок 12 (см. фиг.3 и 4) с закрепленной на них сетеобразной загрузкой в виде полимерной сетки 13, при этом внутри параллелепипеда, в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси и вдоль этой оси, с шагом не менее 15 мм закреплены поперечные полимерные сетки 14. Величина ячеек продольных и поперечных сеток составляет не более 10 мм · 10 мм. Поперечные сетки прикреплены узлами к продольным сеткам, как показано на фиг.4. В ячейках продольных и поперечных сеток закреплены пучки 15 полимерных волокон, длина которых должна быть не более шага закрепления поперечных сеток в каркасных блоках. Каждый биофильтр может быть сформирован или одним блоком, или несколькими (меньшими по величине) блоками с сетеобразной загрузкой. Камера 4 сообщена с камерой 5 посредством перфорированного участка 16, выполненного в нижней части стенки камеры 5. Секция 9 биофильтра камеры 7 выполнена входной и сообщена посредством перфорированного участка 17, выполненного в ее нижней части, с камерой - метатенком 5, а верхним переливом в виде сливной полки 11, с секцией 8, выполненной выходной и сообщенной с осветлительной камерой 6 посредством перфорированного участка 18, выполненного в ее нижней части. Перфорированный участок стенки между смежными - камеры - метатенка и открытой камеры выполнен в виде вертикальных щелей с шириной не менее 20 мм и высотой от дна резервуара, составляющей до 0,5 м, что исключает возможные засорения осадком и крупными механическими загрязнениями. Резервуар 1 выполнен из расчета заглубления его в грунт, при этом длина горловины 19, сообщенная с атмосферой, выполнена из условия расположения ее верхнего среза над поверхностью грунта. Горловина открытой камеры биофильтра может быть оборудована паронепроницаемой крышкой 20. В варианте выполнения загрузка биофильтра выполнена из объемного материала, например гравия, керамзита или шлака, с крупностью фракций 15-80 мм, размещенного в контейнерах 21 с проницаемыми стенками. Целесообразно, чтобы контейнеры 21 были соединены, по крайней мере, в две гирлянды, например, посредством гибких тяг 22 (см. фиг.6), концы крайних верхних тяг которых были выведены к верхнему срезу горловины 19 для подъема или спуска гирлянд в секции камеры биофильтра. Это значительно упрощает и облегчает монтажно-демонтажные работы по подъему и опусканию биофильтра при очистке реактора. Это же касается и каркасных блоков с сетеобразной загрузкой.

В целом, предложенная установка представляет собой моноблок в виде цельного прямоугольного самонесущего резервуара с горловиной и перегородками, выполненного из листового пластика, например гомогенного полипропилена, с толщиной листов, составляющей 5-20 мм. Гомогенный полипропилен не гниет, имеет длительный (не менее 50 лет) срок службы, легко обрабатывается и имеет вполне достаточные механические характеристики.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Обрабатываемая сточная вода по патрубку 2 самотеком поступает в приемную камеру 4, где происходит осаждение из стоков грубых механических примесей. Из камеры 4 сточная вода, самотеком (через отверстия в перфорированном участке 16 в нижней части стенки между камерами 4 и 5) поступает в камеру - метатенк 5, в которой происходит анаэробное разложение, содержащихся в воде, органических веществ. Затем сточная вода через перфорационные отверстия в участке 17 в нижней части перегородки между камерами 5 и 7 поступает в секции 8 и 9 открытой двухсекционной камеры 7, контактируя при этом с биофильтрами. В результате контакта загрузки со сточной водой на ее поверхности образуется биопленка из иммобилизованных микроорганизмов. Высокая физиологическая активность прикрепленных микроорганизмов связана с интенсивной сорбцией на погруженных в сточную воду поверхностях сетеобразной загрузки органических веществ, ферментов, бактерий и особым расположением микроорганизмов на границе раздела фаз, выгодным с точки зрения энергетических затрат бактерий. Все вышеперечисленное приводит к увеличению стойкости прикрепленных микроорганизмов к неблагоприятным условиям среды, пролонгации действия и ускорению их метаболической деятельности. Обрабатываемая жидкость свободно обтекает нити сетки и закрепленные на ней пучки волокон, чем достигается (за счет развитой поверхности взаимодействия) необходимый массообмен между сточной водой и прикрепленными на поверхности сетеобразной загрузки микроорганизмами. При чрезмерном обрастании поверхности сетки и пучков налет отделяется от загрузки под действием гравитации и движения воды, чем обеспечивается саморегенерация сетеобразной загрузки. За счет организации обратного и прямого токов движения сточной воды по биофильтру, а также при переливе через сливную полку 11 перегородки 10, на входе в выходную секцию 8 сточная вода аэрируется в степени, достаточной для протекания биологических окислительных процессов. В целом, при прохождении сточной воды через секции 8 и 9 достигается необходимая (для ее очистки) длительность и степень массообмена. Количество полотнищ сетеобразной загрузки в блоках биофильтра зависит от величины исходных показателей загрязнений сточных вод, гидравлической нагрузки на установку, требуемой величины показателей загрязнений сточных вод на выходе из установки.

Механизм работы биофильтра с загрузкой из объемного материала (гравия, керамзита или шлака) аналогичен работе биофильтра с сетеобразной загрузкой с той лишь разницей, что загрузка из объемного материала не обладает свойством саморегенерации. Кроме того, поверхность массообмена у этой загрузки меньше, чем у сетеобразной, однако объемная загрузка дешевле и менее трудоемка в изготовлении (в сравнении с сетеобразной).

Прошедшая стадию очистки в биофильтре сточная вода поступает (через перфорацию участка 18 в нижней части стенки между камерами 7 и 6) в осветлительную камеру 6, где окончательно отстаивается от взвешенного ила и по патрубку 3 выводится из установки.

Целесообразно, чтобы очистная установка была оборудована аварийной сигнализацией засоров отводящего трубопровода. Кроме того, оборудование горловины 19 камеры биофильтра паронепроницаемой утепленной крышкой 20 позволяет разместить установку вблизи жилых зданий и обеспечить работоспособность в зимний период. В этом варианте выполнения выделение неприятного запаха полностью устранено, т.к. отвод выделяемых газов осуществляется в подводящий канализационный трубопровод. Для вентиляции внутренней канализационной сети над каждым стояком необходимо обустройство вытяжки, выведенное на кровлю жилого здания на высоту не менее 0,3 м.

Таким образом, в установке обеспечивается полное окисление сточных вод аэробно-анаэробной микрофлорой. Применение биофильтра с сетеобразной или объемной загрузкой позволяет достичь степень очистки сточной воды по БПК более 95%, по взвешенным веществам более 93%, по нитратам и фосфатам более 60%, независимо от исходных величин показателей загрязнения сточных вод.

Монтаж установки осуществляется в котлован на утрамбованный подстилающий слой с последующей обсыпкой. В зависимости от конкретных условий, очищенные стоки фильтруются в грунте или отводятся на рельеф после этапа очистки в песчано-гравийном фильтре или УФ-обеззараживателе. Особенностью предложенной установки является простота технологии, экологичность, минимальная стоимость и отсутствие потребности в электроснабжении при благоприятных местных гидрологических условиях. При неблагоприятных гидрологических условиях осветлительная камера 6 выполняет функцию накопителя - отстойника очищенной воды, при этом отведение воды производится принудительно с помощью погружного дренажного насоса в распределительную сеть фильтрационной траншеи (условно не показаны).

Работа установки осуществляется в автоматическом режиме и не требует ежедневного обслуживания. Визуальный контроль правильности работы установки осуществляется не чаще одного раза в две недели при открытой крышке. Удаление ила из установки выполняется приблизительно раз в год, при демонтированных съемной полки 11 и загрузки биофильтра, после чего откачивается содержимое резервуара. Монтаж полки 11 и загрузки биофильтра осуществляется в обратной последовательности. Установка обеспечивает очистку бытовых и производственных биологически очищаемых сточных вод от органических примесей до уровня требования нормативных документов, действующих на территории России.

Установка может быть использована в сельском и коммунальном хозяйствах. Установка содержит резервуар (1), системы подвода (2) исходной сточной воды (2), отвода (3) очищенной сточной воды. Резервуар (1) выполнен частично открытым с гидравлически сообщенными между собой, закрытыми приемной камерой, камерой - метатенком, осветлительной камерой (6), камерой биофильтра (7) с не менее чем двумя гидравлически сообщенными между собой секциями. Между секциями установлена разделительная продольная перегородка (10) со сливной полкой (11), выполненной в ее верхней части. Камера биофильтра (7) снабжена горловиной, сообщенной с атмосферой. Биофильтр размещен в обеих секциях камеры (7). Одна из секций биофильтра выполнена входной и гидравлически сообщена с камерой-метатенком. Другая секция 33 биофильтра выполнена выходной и гидравлически сообщена с осветлительной камерой (6). Технический результат - создание компактной и простой в изготовлении и обслуживании моноблочной установки очистки сточных вод и доведение качества стоков до требований, предусмотренных санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнений. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Установка для биологической очистки сточных вод, включающая резервуар, системы подвода исходной сточной воды, отвода очищенной сточной воды и биофильтр, отличающаяся тем, что резервуар выполнен частично открытым с гидравлически сообщенными между собой, закрытыми приемной камерой, камерой - метатенком и осветлительной камерой, а также камерой биофильтра с не менее чем двумя, гидравлически сообщенными между собой секциями, между которыми установлена разделительная продольная перегородка со сливной полкой, выполненной в ее верхней части, при этом камера биофильтра снабжена горловиной, сообщенной с атмосферой, а биофильтр размещен в обеих секциях этой камеры, одна из секций которого выполнена входной и гидравлически сообщена с камерой - метатенком, а другая - выполнена выходной, и гидравлически сообщена с осветлительной камерой.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что высота горловины камеры биофильтра выполнена из условия расположения ее входного среза над поверхностью грунта при заглубленном в грунт резервуаре.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что горловина камеры биофильтра оборудована паронепроницаемой крышкой.4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что приемная камера, камера - метатенк, камера биофильтра и осветлительная камера гидравлически сообщены между собой за счет перфорированных участков, выполненных в нижних частях стенок между смежными камерами.5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что перфорированный участок стенки между смежными камерой - метатенком и камерой биофильтра выполнен в виде вертикальных щелей с шириной не менее 20 мм и высотой до 0,5 м.6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что загрузка биофильтра выполнена в виде каркасных блоков из прямоугольных пластиковых рамок с полимерной сеткой, скрепленных между собой в параллелепипед, при этом внутри параллелепипеда, в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси и вдоль этой оси с шагом не менее 15 мм, закреплены поперечные сетки.7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что величина ячеек полимерной сетки составляет не более 10 мм × 10 мм.8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в ячейках полимерной сетки закреплены пучки полимерных волокон, длина пучков которых составляет не более шага закрепления поперечных сеток в каркасных блоках.9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что загрузка биофильтра выполнена из объемного материала, например гравия, керамзита или шлака с крупностью фракций 15-80 мм, размещенного в контейнерах с проницаемыми стенками, соединенных в гирлянды.