СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2008 года по МПК C02F3/18 C02F9/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Предметом изобретения является компоновка станции очистки сточных вод.

Уровень техники

Современные решения большинства станций очистки сточных вод содержат множество отдельных строительных и технологических объектов и узлов, взаимно соединенных при помощи трубопроводов, насосной техники и арматур. Недостатком таких решений является занятие крупных земельных участков и повторяющееся проведение строительных работ, как, например, землекопные работы, армирование, установка опалубки, бетонирование и т.д. Все эти факторы приводят к повышению инвестиционных расходов и увеличению сроков строительства. С технологической точки зрения часто встречающимся результатом такой атомизации является недостаточная или частичная биологическая очистка, что влечет за собой повышенную энергетическую потребность, вызванную многократным перекачиванием, перемешиванием и более сложным технологическим процессом. Сопровождающим явлением такого процесса очистки стоков является неприятный запах, появление инсектов или повышенный уровень шума при эксплуатации очистительных станций.

Практически каждый из известных процессов очистки обладает принципиальными недостатками. Например, так называемый "SBR" процесс, хотя на первый взгляд и интегрирует несколько процессов в одном резервуаре станции очистки сточных вод, но тем не менее сталкивается с проблемами, связанными с изменчивостью уровня поверхности, вымыванием ила, а также потерями энергии при низком уровне воды и сопровождающей аэрации. Другие известные процессы зачастую реализованы на строительных участках большой площади с множеством коммуникаций, что приводит, кроме всего прочего, к усложнению обслуживания при эксплуатации оборудования и управлении технологическими процессами, включая отборы проб.

В качестве ближайшего аналога изобретения может быть выбрана станция очистки сточных вод, раскрытая в патентном документе RU 42524, 10.12.2004.

Раскрытие изобретения

Целью предлагаемого изобретения является создание интегрированного строительно-технологического оборудования станции очистки сточных вод, устраняющего целый ряд вышеприведенных недостатков.

Предметом данного изобретения является компоновка станции очистки сточных вод, содержащая вертикальный цилиндрический двухкорпусный аэротенк (активационный резервуар). Суть изобретения состоит в том, что в центральной части этого резервуара расположены две взаимно параллельные разделительные стенки, ограничивающие находящуюся между ними центральную часть станции очистки сточных вод для аэробной стабилизации активного ила и одновременно отделяющие по отношению к внутреннему корпусу два симметрически расположенных функциональных пространства - для сточной воды и очистительных культур, в каждом из которых отдельно установлены отстойные баки, диаметр которых сужается по направлению вниз. Вдоль оси каждого отстойного бака размещен полый цилиндр, соединенный как с внутренним пространством аэротенка (при помощи поперечного подводящего трубопровода), так и с внутренним пространством отстойного бака, к которому с внешней стороны примыкает биофильтрационный блок. По поверхности дна аэротенка проложен перфорированный трубопровод напорного воздуха. Центральная часть станции очистки сточных вод вертикально разделена на несколько взаимно соединенных камер. Эти камеры образуют селектор, соединенный своим входом с выходом сепаратора крупных нечистот или выходом барабанного сепаратора, находящегося вне резервуара станции очистки сточных вод. Своим выходом селектор соединен с круглым денитрификационным пространством в резервуаре, расположенным между обоими корпусами станции очистки сточных вод. В этом пространстве находятся мешалки, служащие для обеспечения движения смеси сточной воды и ила по всему объему денитрификационного пространства. Это денитрификационное пространство при помощи сквозных отверстий соединено с частью пространства активационного резервуара в области биофильтрационных блоков, в которую выведено соединение с отстойным баком при помощи поперечного подводящего трубопровода. При этом нижнее пространство отстойного бака соединено с центральной частью станции очистки сточных вод. Стенки резервуара станции очистки сточных вод изготовлены из материала, выбранного из группы, включающей бетон, металл и пластмассу.

Преимуществом предлагаемого изобретения является то, что вся система станции очистки сточных вод представляет собой компактный узел, расположенный в одном резервуаре (одном строительном объекте). Отпадает необходимость многократной закладки строительных объектов. Данное решение означает экономичное использование пространства при повышенной эффективности очистки и снижении энергетической потребности процесса очистки сточных вод.

Отстойные баки могут иметь коническую форму (что является более выгодным) с наклоном стенок около 60°. Как вариант отстойные баки могут иметь плоское дно, на котором установлены корпусы со скошенными стенками, имеющие форму, выбранную из группы геометрических тел, включающей пирамиду, конус, усеченную пирамиду и усеченный конус, у которых наклонные стенки расположены под углом около 60°. Форма косых наклонных поверхностей (под углом приблизительно 60°) отстойных баков с выгодой применяется для создания скоростного течения активационной смеси (воды и активного ила), возникающего при столкновении микроскопических пузырьков, выделяющихся со дна через диффузоры, с внешними наклонными стенками отстойных баков. Таким образом обеспечивается тщательное перемешивание активационной смеси и образуется гомогенная смесь ила и воды.

Нижнее пространство отстойных баков может быть соединено через регенерационный резервуар в центральной части станции очистки сточных вод с одной из камер селектора. Таким образом, в селектор можно подавать рециркулированный активный ил со дна отстойного бака. Станция очистки сточных вод содержит четное количество отстойных баков (что является более выгодным), как минимум два, чаще всего четыре, но может быть и восемь. Каждый отстойный бак в верхней части снабжен сточным желобом осветленной воды, который может быть соединен с блоком конечной очистки воды.

Нижнее пространство отстойных баков может быть также соединено с денитрификационным пространством. Вытяжка активного ила, избавленного от растворенного кислорода, со дна отстойных баков в денитрификационное пространство, происходящая в результате работы мешалок в этом денитрификационном пространстве, повышает эффективность денитрификации.

У дна денитрификационного пространства может быть расположен трубопровод дополнительной окислительной системы. Дело в том, что при более низких температурах окружающей среды процесс денитрификации может быть подавлен, поэтому выгодным является оснастить денитрификационное пространство станции очистки сточных вод дополнительной окислительной системой, обеспечивающей процесс обычной биологической очистки воды в этом пространстве.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых чертежах изображен пример устройства станции очистки сточных вод на основании данного изобретения. На фиг.1 и 2 схематически изображен вид сверху на компоновку станции очистки сточных вод. На фиг.2 также изображено вертикальное сечение данной станции.

Осуществление изобретения

В дальнейшем для обозначения различных компонентов заявленной станции используются следующие ссылочные обозначения: 1 - активационный резервуар станции очистки сточных вод; 2 - внешний корпус; 3 - внутренний корпус; 4 - разделительные стенки активационного резервуара станции очистки сточных вод; 5 - центральная часть станции очистки сточных вод для аэробной стабилизации активного ила (между стенками 4); 6 - седиментационный (отстойный) бак; 7 - биофильтрационные блоки; 8 - вертикальные перегородки между разделительными стенками 4, образующие пространство селектора 9; 9 - селектор; 10 - сепаратор крупных нечистот; 11 - барабанный сепаратор нечистот; 12 - низконапорные компрессоры (воздуходувки); 13 - трубопровод распределения напорного воздуха; 14 - диффузоры в селекторе 9 и регенерационном резервуаре 15; 15 - регенерационный резервуар; 16 - денитрификационное пространство между внутренним и внешним корпусами 2, 3; 17 - трубопровод дополнительной окислительной системы в денитрификационном пространстве 16; 18 - мешалка; 19 - подводящий трубопровод; 20 - полый цилиндр; 21 - сточный желоб; 22 - блок конечной очистки воды; 23 - песочные фильтры; 24 - грязечерпалки; 25 - центрифуга.

Станция очистки сточных вод содержит вертикальный цилиндрический активационный двухкорпусный резервуар 1 из бетона, пластмассы или металла, который содержит внешний корпус 2 и концентрически расположенный по отношению к резервуару внутренний корпус 3 меньшего диаметра. Диаметр внешнего корпуса 2 резервуара 1 может находиться в широком интервале от двух до нескольких десятков метров. Ширина пространства между внутренним корпусом 3 и внешним корпусом 2 находится в интервале от одного до приблизительно пяти метров в зависимости от применения в конкретных условиях. Высота обеих стенок корпусов 2, 3 резервуара 1 является приблизительно одинаковой и может быть от двух до десяти метров. Их толщина зависит от выбранного конструкционного материала и находится в интервале от нескольких миллиметров (в случае стали) или сантиметров (в случае конструкционной пластмассы - например, у пропилена от шести до двенадцати сантиметров) до нескольких десятков сантиметров (в случае бетона - до пятидесяти сантиметров). Внутри внутреннего резервуара, так называемого активационного резервуара, ограниченного внешним корпусом 3 и дном, встроены отдельные технологические компоненты системы, включающей отстойные баки 6, стабилизационный резервуар, регенерационный резервуар 15 и другие компоненты, которые будут более подробно описаны в последующей части текста.

Во внутреннем резервуаре в его центральной части встроены две взаимно параллельные вертикальные разделительные стенки 4 с высотой, соответствующей высоте внутреннего корпуса 3, которые ограничивают между собой центральную часть 5 станции очистки сточных вод для аэробной стабилизации активного ила. Одновременно эти стенки делят внутреннее пространство станции очистки сточных вод на две симметричные половины таким образом, чтобы воспрепятствовать свободному протеканию сточной воды и очистительной культуры между обеими половинами внутреннего концентрического резервуара. Отстойные баки 6, количество которых является четным (как минимум два, чаще всего четыре, но может быть и восемь), могут быть симметрично вставлены в пространство внутреннего концентрического резервуара. Баки могут опираться на вертикальные разделительные стенки 4, а также могут быть с ними соединены. Нижняя часть каждого отстойного бака 6 имеет коническую форму с наклоном стенок приблизительно под углом 60° и сечением, сужающимся по направлению вниз. Отстойный бак может иметь форму пирамиды или конуса. Дно отстойного бака 6 может быть открытым или закрытым. Как вариант, отстойные баки 6 могут иметь плоское дно с установленными на нем корпусами из пластмассы или металла в форме пирамиды, конуса, усеченной пирамиды или усеченного конуса с наклоном стенок приблизительно под углом 60°, которые обеспечивают оседание частиц активного ила. В центральной части каждого сегмента отстойного бака 6 может быть выгодно расположен вертикальный пластмассовый полый цилиндр 20, дно которого является открытым, то есть цилиндр сообщается с внутренним пространством отстойного бака 6. В этот цилиндр выведен сквозной подводящий трубопровод 19, противоположный конец которого выведен во внутреннее пространство активационного резервуара между внутренней поверхностью корпуса 3 внутреннего концентрического резервуара и внешними стенками отстойных баков 6. На дне внутреннего концентрического резервуара (активационного резервуара) расположены аэрационные элементы, образованные, например, силиконовыми перфорированными шлангами, в которые при помощи распределительного трубопровода 13 напорного воздуха нагнетается сжатый воздух из низконапорных компрессоров 12 (воздуходувок).

Рядом с отстойными баками 6 в пространстве активационного резервуара на несущей конструкции встроены биофильтрационные блоки 7, под которые выведен перфорированный трубопровод 13 напорного воздуха. Из него через регулярные, заранее установленные интервалы подается напорный воздух под корпусы биофильтрационных блоков 7, в которых срываются наносы ила с пластмассовой поверхности биофильтров. Таким образом поддерживается оптимальная концентрация биологической культуры на поверхности биофильтров и одновременно во всем активационном резервуаре.

Центральная часть 5 станции очистки сточных вод в пространстве между двумя параллельными разделительными стенками 4 активационного резервуара разделена вертикальными перегородками, расположенными от дна по всей высоте разделительных стенок 4, на несколько камер, которые могут быть снабжены взаимными проходами, позволяющими воде циркулировать между ними. Дно центральной части 5 снабжено распределительным трубопроводом 13 напорного воздуха, в который выведены аэрационные элементы, образованные, например, силиконовыми тонко перфорированными шлангами, надетыми на пластмассовые (полипропиленовые, поливинилхлоридные и т.п.) трубы с большими сквозными отверстиями в корпусе, привинченные к трубопроводу 13. Другие технологические компоненты станции очистки сточных вод приведены в описании функций станции очистки сточных вод.

Загрязненная сточная вода протекает через сепаратор 10 крупных нечистот, содержащий, например, механическую забральную стенку (решетку), где от сточной воды отделяются твердые механические частицы.

В случае остановки сепаратора 10, например, при поломке или техобслуживании, сточная вода подается на барабанный сепаратор 11 нечистот, который служит в качестве резервного обтекающего устройства для сепарации твердых составляющих. Из сепаратора 10 сточная вода протекает через селектор 9, который соединен своим входом с выходом сепаратора 10 или выходом барабанного сепаратора 11, находящегося вне активационного резервуара 1 станции очистки сточных вод. Селектор 9 образован как минимум двумя (более выгодным считается три и более) расположенными друг возле друга камерами с вертикальными перегородками 8, взаимно соединенными отверстиями в своих вертикальных стенках, которые расположены в центральной части 5 станции очистки сточных вод между параллельными разделительными стенками 4 активационного резервуара. У дна этих камер находится трубопровод 13 напорного воздуха с микропузырьковыми диффузорами 14. Одновременно в одну из этих камер подается рециркулированный активный ил со дна отстойных баков 6, а именно через соединенный с ней регенерационный резервуар 15, расположенный в пространстве центральной части 5 и примыкающий к селектору 9. Дно регенерационного резервуара 15 также снабжено распределительным трубопроводом 13 напорного воздуха с микропузырьковыми диффузорами 14. Своим выходом селектор 9 соединен с круглым денитрификационным пространством 16 между внутренним корпусом 3 и внешним корпусом 2 резервуара 1, и смесь сточной воды и активного ила из селектора 9 протекает в денитрификационное пространство 16. В этом денитрификационном пространстве 16, в котором недостаточно свободного растворенного кислорода, микроорганизмы ила начинают отбирать химически связанный кислород, например, в азотнокислых солях в воде, благодаря чему содержание солей в воде снижается. Этот процесс происходит при температурах свыше приблизительно 6°С. В случае более низких температур окружающей среды процесс денитрификации значительно подавлен и поэтому денитрификационное пространство 16 очистительной станции предпочтительно снабжено дополнительной окислительной системой, которая обеспечивает процесс конвенциональной биологической очистки воды в данном пространстве (у дна денитрификационного пространства 16 находится перфорированный трубопровод 17 дополнительной окислительной системы).

Далее в денитрификационном пространстве 16 очистительной станции встроены мешалки 18, которые обеспечивают движение смеси воды и ила по всему объему денитрификационного пространства 16, чтобы воспрепятствовать оседанию ила. Геометрия денитрификационного пространства 16 в форме цилиндрического кругового кольца является более выгодной по сравнению с обычными резервуарами иного сечения, так как отличается более низким гидравлическим сопротивлением течения смеси воды и ила, благодаря чему обеспечивается тщательное перемешивание смеси воды и ила на фоне снижения потребления энергии, необходимой для перемешивания условного объема резервуара, и возможное уменьшение количества мешалок 18.

Денитрификационное пространство 16 через сквозные отверстия соединено с пространством активационного резервуара в области биофильтрационных блоков 7. Смесь воды и ила здесь протекает в вертикальном направлении через корпусы биологических фильтров, у дна активационного резервуара окисляется и тщательно перемешивается пузырьками напорного воздуха. Форма косых наклонных поверхностей (под углом приблизительно 60°) отстойных баков 6 с выгодой применяется для создания скоростного течения активационной смеси (воды и активного ила), возникающего при столкновении микроскопических пузырьков, выделяющихся со дна через диффузоры 14, с внешними наклонными стенками отстойных баков 6. Таким образом обеспечивается тщательное перемешивание активационной смеси и образуется гомогенная смесь ила и воды. Эта гомогенная смесь, являющаяся необходимым условием для оптимального прохождения биологических процессов очистки сточных вод, впоследствии проходит через подводящий трубопровод 19 в вертикальный полый цилиндр 20, расположенный вдоль оси отстойного бака 6, откуда вытекает по направлению вниз ко дну отстойного пространства. Здесь происходит сепарация очищенной воды от более тяжелых частиц, образующих активный ил. Затем осветленная вода протекает через зубчатую кромку сточного желоба 21, которым снабжены в своей верхней части отстойные баки 6, в сборный канал, причем по всей длине желоба обеспечивается равномерный сток воды, и далее в блок 22 конечной очистки воды, который может являться составной частью технологического оборудования станции. Блок 22 конечной очистки воды может содержать барабанные микросита, микрофильтры, песочные фильтры 23, или их комбинацию. Излишний ил со дна отстойного бака 6 откачивается в центральную часть 5 станции очистки сточных вод для аэробной стабилизации активного ила, которая оснащена окислительными микропузырьковыми диффузорами 14, теряет неприятный запах и уменьшает свой объем путем автолиза. При остановке процесса окисления стабилизированный ил осаждается и откачивается со дна при помощи грязечерпалок 24 на центрифугу 25, где ил сгущается и илистая вода возвращается к начальной стадии очистительного процесса через механический сепаратор 10 в селектор 9. Сухая часть ила собирается в контейнеры и вывозится.

Суть предлагаемого изобретения состоит в компоновке станции очистки сточных вод, а именно в геометрии ее денитрификационного пространства 16 и отстойных баков 6. Преимуществом очистительного процесса является вытяжка активного ила, избавленного от растворенного кислорода, со дна отстойных баков 6 в денитрификационное пространство 16. Это отсасывание ила из среды с минимальным содержанием кислорода (дна отстойных баков 6) происходит благодаря действию мешалки 18 в денитрификационном пространстве 16. Таким образом повышается эффективность денитрификации.

В одном активационном резервуаре присутствует комбинация двух биокультур с различной физиологической активностью. При их быстром росте биокультуры метаболизируют загрязнения в воде, из воды удаляются органические загрязнения. Одна такая биокультура фиксируется на стенках пластмассового носителя биологических фильтров, другая диспергируется в виде хлопьев в активной смеси ила и воды. Благодаря комбинации этих биокультур происходит ускорение процесса очистки и увеличение концентрации ила в системе.

Промышленная эксплуатационная ценность изобретения: предлагаемое изобретение предназначено для очистки сточных вод.

Изобретение предназначено для охраны окружающей среды. Станция состоит из вертикального цилиндрического двухкорпусного активационного резервуара 1, в центральной части которого расположены две взаимно параллельные разделительные стенки 4, отделяющие по отношению к внутреннему корпусу 3 два симметрически расположенных функциональных пространства - для сточной воды и очистительных культур. В каждом из пространств отдельно установлены отстойные баки 6. Центральная часть 5 станции очистки сточных вод вертикально разделена на несколько взаимно соединенных сквозными отверстиями камер, которые образуют селектор 9, соединенный своим входом с выходом сепаратора крупных нечистот 10 или с выходом барабанного сепаратора 11. Своим выходом селектор 9 соединен с круглым денитрификационным пространством 16, расположенным между обоими корпусами 2, 3 активационного резервуара 1. Селектор 9 образован как минимум двумя расположенными друг возле друга камерами с вертикальными перегородками 8. У дна этих камер находится трубопровод 13 напорного воздуха с микропузырьковыми диффузорами 14, через который нагнетается сжатый воздух из низконапорных компрессоров 12. В одну из камер через регенерационный резервуар 15 подается рециркулированный активный ил со дна отстойных баков 6. В денитрификационном пространстве 16 находятся мешалки 18. У дна денитрификационного пространства 16 находится перфорированный трубопровод 17 дополнительной окислительной системы. Осветленная вода протекает через зубчатую кромку сточного желоба 21 и далее в блок 22 конечной очистки воды. Блок 22 конечной очистки воды может содержать барабанные микросита, микрофильтры, песочные фильтры 23 или их комбинацию. Технический результат: экономичное использование пространства при повышенной эффективности очистки и снижение энергетической потребности процесса очистки сточных вод. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Станция очистки сточных вод, отличающаяся тем, что содержит вертикальный цилиндрический двухкорпусной активационный резервуар (1), в центральной части которого расположены две взаимно параллельные разделительные стенки (4), ограничивающие находящуюся между ними центральную часть (5) станции очистки сточных вод для аэробной стабилизации активного ила и одновременно отделяющие по отношению к внутреннему корпусу (3) два симметрически расположенных функциональных пространства для сточной воды и очистительных культур, в каждом из которых отдельно установлены отстойные баки (6), диаметр которых сужается по направлению вниз, вдоль оси каждого отстойного бака (6) расположен полый цилиндр (20), соединенный как с внутренним пространством активационного резервуара при помощи поперечного подводящего трубопровода (19), так и с внутренним пространством отстойного бака (6), к которому с внешней стороны примыкает биофильтрационный блок (7), по поверхности дна активационного резервуара проложен перфорированный трубопровод (13) напорного воздуха, центральная часть (5) станции очистки сточных вод вертикально разделена на несколько взаимно соединенных сквозными отверстиями камер, которые образуют селектор (9), соединенный своим входом с выходом сепаратора крупных нечистот (10) или выходом барабанного сепаратора (11), находящегося вне активационного резервуара (1) станции очистки сточных вод, а своим выходом селектор соединен с круглым денитрификационным пространством (16) в активационном резервуаре (1), расположенном между обоими корпусами (2, 3) активационного резервуара (1) станции очистки сточных вод, в денитрификационном пространстве (16) находятся мешалки (18), служащие для обеспечения движения смеси сточной воды и ила по всему объему денитрификационного пространства (16), денитрификационное пространство (16) при помощи сквозных отверстий соединено с частью пространства активационного резервуара (1) в области биофильтрационных блоков (7), в указанную часть пространства активационного резервуара (1) выведено соединение с отстойным баком (6) при помощи поперечного подводящего трубопровода (19), при этом нижнее пространство отстойного бака (6) соединено с центральной частью (5) станции очистки сточных вод.2. Станция очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что отстойные баки (6) имеют коническую форму с наклоном стенок около 60°.3. Станция очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что как минимум один отстойный бак (6) имеет плоское дно, на котором установлены корпусы с наклонными стенками в форме тела, выбранного из группы, включающей пирамиду, конус, усеченную пирамиду и усеченный конус, при этом наклонные стенки наклонены под углом около 60°.4. Станция очистки сточных вод по п.2 или 3, отличающаяся тем, что нижнее пространство отстойных баков (6) соединено через регенерационный резервуар (15) в центральной части (5) станции очистки сточных вод с одной из камер селектора (9).5. Станция очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что нижнее пространство отстойных баков (6) соединено с денитрификационным пространством (16).6. Станция очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что отстойные баки (6) каждый в отдельности снабжены в своей верхней части сточным желобом (21) осветленной воды.7. Станция очистки сточных вод по п.6, отличающаяся тем, что сточный желоб (21) соединен с блоком (22) конечной очистки воды.8. Станция очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что ее стенки изготовлены из материала, выбранного из группы, включающей бетон, металл и пластмассу.9. Станция очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что содержит четное количество отстойных баков (6).10. Станция очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что у дна денитрификационного пространства (16) расположен трубопровод (17) дополнительной окислительной системы.