СЕКЦИОННЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК C02F3/02 C02F3/10 

Изобретение относится к аэрационным устройствам небольших очистных сооружений для биологической активационной очистки бытовых сточных вод активным илом во взвешенном состоянии, используемых в отдельно стоящих небольших домах, коттеджах, приусадебных домах.

Известно техническое решение «Устройство для биологической очистки воды водоемов» по авторскому свидетельству №1675226, кл. C02F 3/32, 1989, в котором используются несколько соединенных между собой секций-каркасов с биологической загрузкой. Однако эта установка малоэффективна, т.к. контакт ила с водой осуществляется только в верхних слоях.

Известно устройство для очистки сточных вод, в котором описан способ расположения биологической загрузки на отметке уровня сточных вод посредством плавучего элемента, несущих элементов и якорного элемента, причем плавучий элемент выполнен из двух горизонтально расположенных полых герметичных цилиндров, соединенных между собой сборочным элементом, к которому присоединена четырехугольная рамка, в которой закреплены несущие элементы для биологической загрузки, имеющие гибкую эластичную конструкцию с элементами удерживания биологической загрузки, а к нижней части рамки присоединен якорный элемент, масса которого выбрана с возможностью обеспечения плавучему элементу нахождения на уровне сточных вод (см. патент РФ на полезную модель №54937, C02F 3/02, 2006 г.). Это устройство предусматривает дополнительные средства для аэрации биологической загрузки, чтобы постоянно обеспечивать достижение эффективного результата очистки.

Известна система аэрации в установке очистки сточных вод, в которой описан способ осуществления разнорежимной аэрации в одной очистной емкости, содержащая аэраторы, подключенные к трехфазному компрессору, соединенному с блоком управления, в которой распределительный клапан обеспечивает переключение направления потока воздуха к выходам, при этом один выход распределительного клапана связан с пневмолинией, обеспечивающей работу установки очистки сточных вод в режиме первой фазы, а другой выход распределительного клапана связан с пневмолинией, обеспечивающей работу установки в режиме второй фазы, причем обе пневмолинии снабжены пневмораспределителями, подающими воздух не менее чем двум потребителям, а в конце пневмолинии установлены элементы аэрации, при этом перед элементами аэрации установлены регулируемые дроссели, управляемые блоком управления, перераспределяющие и изменяющие количество воздуха, подаваемое элементам аэрации (см. патент РФ на полезную модель №56376, C02F 3/02, 2006 г.). Известный способ очистки сточных вод, реализованный в этой системе, также в силу технологических и конструктивных особенностей является довольно сложным.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ очистки сточных вод, включающий биологическую очистку сточных вод путем аэрации снизу вверх и активацию биологического воздействия активного ила на сточные воды посредством мелкодисперсной воздушной фракции, и устройство для осуществления вышеописанного способа, содержащее систему подачи сточных вод, систему подачи воздуха, емкость с биологической загрузкой, аэратором, состоящим из горизонтальной трубы, заключенной в микроперфорированный эластичный чехол, и подводящего трубопровода, соединенного с системой подачи воздуха (см. патент РФ на полезную модель №52847, C02F 3/02, 2005 г.). Известное устройство и реализованный в нем способ достаточно универсальны и наиболее эффективно решают вопрос очистки сточных вод. Недостатком известных способа и устройства является относительная сложность технологического исполнения и недостаточная аэрация ила биологической загрузки.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению эффективности очистки сточных вод при менее сложном конструктивном исполнении за счет улучшения условий очистки путем инкубирования и регенерации ила как биологической загрузки, так и свободного, с необходимым возрастом и составом биомассы, способного к глубокой биологической очистке сточных вод по всем видам загрязнений, при периодическом создании микродисперсной аэрационной смеси, поддержании незакрепленного ила во взвешенном состоянии и обеспечении его работоспособности в паузах работы аэратора без снижения растворенного кислорода, по исключению проникновения сточных вод в тело аэратора при паузах аэрации.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе биологической очистки сточных вод, включающем подачу воздуха на биологическую загрузку снизу вверх, удаление очищенной жидкости и излишков активного ила, секции биологических загрузок устанавливают либо в разных зонах одной емкости, либо в разных сообщающихся емкостях, а активацию ила биологических загрузок производят с регенерацией в одной биологической загрузке и длительной инкубацией в другой биологической загрузки путем попеременной подачи мелкодисперсной воздушной фракции воздуха в следующем режиме: воздух непрерывно в течение часа подают в аэратор одной секции биологической загрузки и в течение этого же часа воздух подают в аэратор другой секции биологической загрузки импульсно, через каждые 5 минут в течение 12 секунд, затем наоборот, при этом обеспечивают подачу воздуха в строго вертикальном направлении, обеспечивая контакт мелкодисперсной воздушной фракции воздуха с активным илом по всей высоте каждой секции биологической загрузки с двух ее сторон.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для очистки сточных вод, содержащем емкости, биологическую загрузку, патрубок для подачи сточных вод, систему подачи воздуха, мелкопузырчатый аэратор, состоящий из горизонтальной трубы с микроперфорированным эластичным чехлом и подводящим трубопроводом, соединенным с системой подачи воздуха, каждая биологическая загрузка выполнена в виде секции и состоит, по крайней мере, из двух вертикально расположенных рамок с гибкими ершиковидными несущими элементами, связанными между собой стойками, при этом верхние рамки оснащены поплавками, а мелкопузырчатые аэраторы закреплены на нижних рамках, причем каждый мелкопузырчатый аэратор снабжен грузилом, выполненным в виде соосно расположенного внутри горизонтальной трубы цилиндра, заполненного материалом, по плотности значительно превышающим плотность жидкости в емкости, при этом торцы цилиндра грузила герметично закрыты передней и задней заглушками, выполненными в виде стаканов, так что торцы цилиндра грузила входят вовнутрь стаканов, а наружная поверхность заглушек плотно входит в горизонтальную трубу, причем на наружной поверхности передней заглушки выполнены выемки, при этом устройство снабжено компрессором с распределительным клапаном, взаимодействующим с подводящими трубопроводами. Секции биологических загрузок могут быть установлены либо в разных зонах одной емкости, либо в разных взаимосвязанных емкостях.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено устройство для очистки сточных вод, при расположении секций биологических загрузок в разных зонах одной емкости, на фиг.2 изображено устройство для очистки сточных вод, при расположении секций биологических загрузок в разных емкостях, на фиг.3 - мелкопузырчатый аэратор, разрез А-А на фиг.1, на фиг.4 - мелкопузырчатый аэратор, продольный разрез.

Способ очистки сточных вод включает биологическую очистку сточных вод в емкости путем подачи воздуха в аэраторы по определенному режиму - периодически, постоянно и импульсно, снизу вверх и обеспечивает двухстороннее обтекание мелкодисперсной аэрационной смесью секций биологических загрузок, создавая переменный уровень свободного кислорода, что способствует активации в разные временные промежутки различных групп бактерий, а также инкубирование закрепленного активного ила с большим возрастом и постоянную его регенерацию движением микродисперсной аэрационной смеси, а также эффективную активацию биохимического воздействия закрепленного и незакрепленного взвешенного активного ила в сточных водах по всем видам загрязнений, удаление очищенной жидкости и вместе с ней полностью нейтральных излишков активного ила. Активацию биологического воздействия на сточные воды проводят попеременно в следующем режиме: в одной зоне емкости в течение не менее часа непрерывно подают воздух в мелкопузырчатый аэратор одной секции биологической загрузки, а в другой зоне этой емкости в течение этого же часа воздух подают в мелкопузырчатый аэратор другой секции биологической загрузки через каждые 5 минут в течение 12 секунд, затем наоборот, в первой зоне емкости воздух подают в аэратор секции биологической загрузки в течение часа через каждые 5 минут в течение 12 секунд, т.е. импульсно, а в другой зоне в течение этого же часа воздух подают непрерывно. Такой режим работы обеспечивает активную денитрификацию биомассы, т.е. разложение нитратов и нитритов на азот и кислород, и окисление органических загрязнений. Образование мелкодисперсной воздушной фракции и аэрация сточных вод способствуют активному окислению биомассы. При этом отмирающий активный ил оседает на дно, образуя обеззараженную массу, а его место занимает свежая биомасса сточных вод.

Устройство для очистки сточных вод содержит емкость 1, в которой, по крайней мере, установлены две секции биологической загрузки, аэраторы которых работают с переменным режимом работы, систему подачи воздуха, включающую компрессор 2 с распределительным клапаном 3, при этом каждая секция 4 биологической загрузки включает, по крайней мере, две рамки 5, в которых закреплены гибкие несущие элементы для биологической загрузки, имеющие гибкую эластичную конструкцию в виде цилиндрических щеток с ворсовой поверхностью, - ершики 6. Рамки 5 связаны между собой стойками 7, а каждая верхняя рамка 5 снабжена в верхней части поплавками 8, связанными с поперечинами 9. Каждая нижняя рамка 5 снабжена мелкопузырчатым аэратором 10. Мелкопузырчатые аэраторы 10 прикреплены к нижней части каждой биологической загрузки 4 стойками 7. Аэраторы 10 связаны посредством пневмопроводов 11 с распределительным клапаном 3 с компрессором 2.

Каждый мелкопузырчатый придонный аэратор имеет крупноперфорированную горизонтальную трубу 12, которая содержит ряд отверстий 13, расположенных продольно с разных сторон трубы 12. Труба 12 выполнена с глухим задним фланцем 14 и снабжена в передней зоне фланцем 15 с центральным отверстием для соединения с пневмопроводом 11. Аэратор 10 снабжен микроперфорированным эластичным чехлом 16, закрепленным на трубе 12 посредством герметика, хомутом 17 в задней части и фланцем 15 в передней части аэратора 10. Микроперфорация эластичного чехла 16 выполнена путем прокалывания, свойством ее является то, что при более высоком наружном давлении P₁ в емкости 1, чем внутреннее давление Р₂ в горизонтальной трубе 12 и соответственно эластичном чехле 16, она самозакрывается, а открывается при разнице внутреннего давления Р₂ и наружного давления P₁ на 3÷5 кПа, т.е. P₂>P₁ на 3÷5 килопаскалей, т.е. в тот момент, когда в горизонтальную трубу 12 подается воздух и через отверстия 13 попадает внутрь эластичного чехла 16, раздувая, слегка растягивая его поверхность и открывая микроотверстия (микроперфорацию), обладающие такими же эластичными свойствами, как и чехол 16.

Каждый мелкопузырчатый аэратор снабжен грузилом 18, выполненным в виде цилиндра 19, расположенного соосно внутри горизонтальной трубы 12. Цилиндр 19 выполнен герметичным и заполнен материалом, по плотности значительно превышающим плотность жидкости в емкости, например песком 20. Герметичность и соосность трубе 12 цилиндра 19 грузила 18 обеспечивается заглушками 21, 22, выполненными в виде стаканов, во внутреннюю полость которых герметично входят торцы цилиндра. Наружным диаметром заглушки плотно вставляются во внутреннюю поверхностью трубы 12, причем наружная поверхность заглушки 22, расположенной со стороны пневмопровода, снабжена выемками 24, предназначенными для прохода воздуха внутрь трубы 12.

Устройство для очистки сточных вод работает следующим образом. В разных зонах емкости 1 (см. фиг.1) попеременно происходит основная биологическая очистка в разных режимах. Мелкопузырчатые аэраторы 10, состоящие из горизонтальной трубы 12 с микроперфорированным эластичным чехлом 16, активизируют биологическое воздействие активного ила на сточные воды. Чем мельче воздушная фракция, создаваемая аэраторами 10, чем больше площадь образования пузырьков воздуха, тем эффективнее протекает процесс взаимодействия ила со сточными водами. Активизации воздействия активного ила на обрабатываемую биомассу способствует выполнение биологической загрузки парной, имеющей связанные между собой стойками 7 и оснащенные в верхней части поплавками 8 рамки 5, в которых закреплены гибкие несущие элементы для биологической загрузки в виде цилиндрических щеток с ворсовой поверхностью - ершиков 6. А то, что к нижней части парной биологической загрузки стойками 7 прикреплены аэраторы 10, оснащенные грузилами 18, в совокупности с наличием поплавков 8 в верхней части биологической загрузки обеспечивает вертикальное расположение и копирование биологической загрузкой уровня сточных вод в емкости.

Активацию биологического воздействия на сточные воды проводят попеременно в следующем режиме: компрессор 2 через распределительный клапан 3 в течение часа непрерывно подает воздух в одну зону емкости 1 в аэратор биологической загрузки, а в другой зоне этой емкости 1 в течение этого же часа компрессор 2 через распределительный клапан 3 и придонный аэратор 10 подает воздух в другую биологическую загрузку через каждые 5 минут в течение 12 секунд, затем наоборот, в первой зоне емкости 1 воздух подается в область биологической загрузки через каждые 5 минут по 12 секунд в течение часа, а в другой зоне в это время воздух подается непрерывно. Такой режим работы обеспечивает активную денитрификацию отходов, т.е. разложение нитратов и нитритов на азот и кислород, и окисление органических загрязнений. Образование мелкодисперсной воздушной фракции и аэрация сточных вод способствуют активному окислению биомассы. При этом отмирающий активный ил оседает на дно емкости 1, образуя обеззараженную массу, а его место занимает свежая биомасса.

Оснащение цилиндра 19 грузила 18 задней заглушкой 21, плотно входящей внутрь горизонтальной трубы 12 своим наружным диаметром и плотно насаженной на цилиндр грузила 18 своим внутренним диаметром, обеспечивает соосность с горизонтальной трубой и исключает контакт песка 20 с внутренней полостью трубы 12. А выполнение передней заглушки 22 с диаметром, совпадающим с наружными размерами цилиндра грузила 18, и упорами 23, плотно входящими в контакт с внутренней поверхностью горизонтальной трубы 12 в ее передней зоне, в свою очередь, также обеспечивает соосность с горизонтальной трубой 12 и герметичность внутренней полости цилиндра грузила 18 в его передней части. При этом выемки 24 заглушки 22 выполнены таким образом, что обеспечивают прохождение воздуха во внутреннюю полость горизонтальной трубы 12. При расположении биологических загрузок в разных емкостях 25, 26, см. фиг.2, имеющих перегородку 27 и взаимодействующих посредством переливного насоса 28 (либо переливного патрубка, на чертеже не показано), устройство работает также.

Таким образом, заявленное изобретение решает техническую задачу повышения эффективности очистки сточных вод за счет улучшения условий очистки, выбора наиболее оптимального режима аэрации в каждой зоне емкости, увеличения площади аэрации при периодическом создании микродисперсной аэрационной смеси в определенных режимах, обеспечения вертикального расположения и копирования биологической загрузкой уровня сточных вод, исключения забивания аэратора во время перерывов в его работе и блокирования попадания сточных вод внутрь горизонтальной трубы.

Изобретение относится к аэрационным устройствам небольших очистных сооружений, используемых в отдельно стоящих небольших домах, коттеджах и приусадебных домах. Устройство содержит емкость 1, биологическую загрузку, патрубок для подачи сточных вод, систему подачи воздуха, включающую компрессор 2 с распределительным клапаном 3, мелкопузырчатый аэратор 10, состоящий из горизонтальной трубы 12 с микроперфорированным эластичным чехлом и подводящим трубопроводом, соединенным с системой подачи воздуха. Каждая биологическая загрузка выполнена в виде секции 4 и состоит, по крайней мере, из двух вертикально расположенных рамок 5 с гибкими ершиковидными несущими элементами 6, связанными между собой стойками 7. Каждая верхняя рамка 5 оснащена в верхней части поплавками 8, связанными с поперечинами 9, а мелкопузырчатые аэраторы 10 закреплены на нижних рамках 5 и прикреплены к нижней части каждой биологической загрузки 4 стойками 7. Каждый мелкопузырчатый аэратор 10 снабжен грузилом, выполненным в виде цилиндра, расположенного соосно внутри горизонтальной трубы, заполненного материалом, по плотности значительно превышающим плотность жидкости в емкости. Мелкопузырчатые аэраторы 10 связаны посредством пневмопроводов 11 с распределительным клапаном 3 и с компрессором 2. Технический результат: повышение эффективности очистки сточных вод при упрощении конструктивного исполнения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ биологической очистки сточных вод, включающий подачу воздуха на биологическую загрузку снизу вверх, удаление очищенной жидкости и излишков активного ила, отличающийся тем, что секции биологических загрузок устанавливают либо в разных зонах одной емкости, либо в разных сообщающихся емкостях, а активацию ила биологических загрузок производят с импульсной регенерацией его в одной биологической загрузке и длительной инкубацией в другой биологической загрузке путем попеременной подачи мелкодисперсной воздушной фракции воздуха в следующем режиме: воздух непрерывно в течение часа подают в аэратор одной секции биологической загрузки, а в течение этого же часа воздух подают в аэратор другой секции биологической загрузки импульсно, через каждые 5 мин в течение 12 с, затем наоборот, при этом обеспечивают подачу воздуха в строго вертикальном направлении, обеспечивая контакт мелкодисперсной воздушной фракции воздуха с активным илом по всей высоте каждой секции биологической загрузки с двух ее сторон.2. Устройство для очистки сточных вод, содержащее емкости, биологическую загрузку, патрубок для подачи сточных вод, систему подачи воздуха, мелкопузырчатый аэратор, состоящий из горизонтальной трубы с микроперфорированным эластичным чехлом и подводящим трубопроводом, соединенным с системой подачи воздуха, отличающееся тем, что каждая биологическая загрузка выполнена в виде секции и состоит, по крайней мере, из двух вертикально расположенных рамок с гибкими ершиковидными несущими элементами, связанными между собой стойками, при этом верхние рамки оснащены поплавками, а мелкопузырчатые аэраторы закреплены на нижних рамках, причем каждый мелкопузырчатый аэратор снабжен грузилом, выполненным в виде соосно расположенного внутри горизонтальной трубы цилиндра, заполненного материалом по плотности, значительно превышающей плотность жидкости в емкости, при этом торцы цилиндра грузила герметично закрыты передней и задней заглушками, выполненными в виде стаканов, так, что торцы цилиндра грузила входят вовнутрь стаканов, а наружная поверхность заглушек плотно входит в горизонтальную трубу, причем на наружной поверхности передней заглушки выполнены выемки, при этом устройство снабжено компрессором с распределительным клапаном, взаимодействующим с подводящими трубопроводами.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что секции биологических загрузок могут быть установлены либо в разных зонах одной емкости, либо в разных взаимосвязанных емкостях.