СПОСОБ ОБРАБОТКИ АКТИВНОГО ИЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C02F3/02 

Изобретение относится к способам очистки воды, в частности к способам биологической очистки сточных вод, а также к используемым при этом технологическим устройствам и оборудованию.

При биологической очистке сточных вод, как правило, используется активный ил, представляющий собой смесь различных бактерий и иных микроорганизмов. В ходе очистки суспензию активного ила смешивают с очищаемой водой и проводят аэрацию, после чего отработанный ил направляют во вторичный отстойник, где седиментация и концентрирование продолжается путем осаждения ила. Сконцентрированный ил повторно используют в процессе очистки, а жидкость после декантации направляют в приемник как очищенные сточные воды.

Установка для биологической очистки сточных вод, как правило, включает в себя камеры аэрации, двухъярусные отстойники, илосборники, пневматические аэраторы, системы трубопроводов для подачи сточных вод, перетекания очищаемой воды из одной камеры в другую и отвода очищенной воды (RU 819069, 1987; RU 2057085, 1994).

Недостатком такой установки является длительность цикла обработки ила и недостаточная эффективность особенно при больших объемах перерабатываемых сточных вод, в частности, из-за длительности и недостаточной эффективности стадии обработки использованного активного ила.

Способы восстановления активности ила, как правило, осуществляются в резервуарах аэрации глубже 4 м, что на практике имеют существенные недостатки. Это связано с тем, что активный ил отличается относительно низкой способностью к седиментации. Часто хлопья ила, содержащие пузырьки сорбированных газов, выходят на поверхность, что серьезно осложняет способ, а при использовании очень глубоких резервуаров или резервуаров, находящиеся на нескольких уровнях, становится практически невозможно осуществлять седиментацию во вторичных отстойниках. Для того, чтобы устранить этот недостаток, в способах очистки отходов применяют дополнительную операцию, которая включает в себя флокуляцию смеси аэрированных отходов перед тем, как эти отходы попадают в отстойник, что делает процесс обработки чрезмерно длительным, и часто в ходе этого процесса идут нежелательные процессы, приводящие к деградации ила (Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1982, с.37; RU 2136610, 1994).

Известен способ биохимической очистки сточных вод (RU 2060967, 1995), который включает подачу исходных сточных вод, первичное отстаивание сточных вод, аэрацию, вторичное отстаивание иловой смеси, обработку ее с помощью озонирования, рециркуляцию ила и выпуск очищенной воды. Используемая при этом установка состоит из первичного отстойника, аэротенка с аэратором, вторичного отстойника, озонатора и системы трубопроводов.

Недостатком такой технологической схемы является необходимость применения озонирования, оказывающего негативное воздействие на микроорганизмы активного ила, длительность процесса его рекультивации, необходимость выделения больших площадей под отстойники.

Известен (RU 2201405, RU 2220112, RU 2228915, 2001) способ очистки сточных вод, который включает в себя предварительную аэробно-аноксидную биологическую очистку сточных вод аэробным активным илом, после чего предварительно очищенная вода с илом поступает в аэротенк-активационный резервуар, где происходит окончательное разрушение органического загрязнения, после чего вода поступает в отстойник. Отстоявшийся ил накапливается внизу отстойника, а вода, пройдя ряд очисток через пористые фильтры, выводится из установок.

Недостатком данной схемы является технологическая сложность осуществления двухстадийной очистки, недостаточно эффективная регенерация активного ила, а также необходимость периодической регенерации используемых пористых фильтров.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является способ очистки сточных вод, включающий в себя смешивание отходов с активным илом, аэрацию полученной смеси в резервуаре, удаление полученной суспензии из резервуара в виде турбулентного потока, вакуумную дегазацию аэрированной смеси при отрицательном давлении в 90-97% вакуума, ее транспортировку во вторичный отстойник и повторное использование восстановленного ила, собранного во вторичном отстойнике, в процессе аэрации отходов. Установка для осуществления способа содержит резервуар для аэрации смеси отходов с активным илом и вторичный отстойник, соединенный с резервуаром вентиляционным устройством, выполненным в виде перевернутой U-образной трубки, одно из ответвлений которой образует подающий коллектор, а другое - выпускной коллектор, верхние концы которых связаны с камерой отсасывания газа, которая связана с вакуум-насосом, а нижние концы коллекторов соединены с резервуаром для аэрации или камерой, выделенной в нем, и со вторичным отстойником, при этом поперечное сечение промежуточной камеры больше, чем поперечные сечения этих коллекторов, а в подающем коллекторе выполнено отверстие, расположенное выше уровня отходов, подлежащих аэрации, обеспечивающее введение в коллектор дополнительного количества воздуха, что обеспечивает турбулентное движение смеси отходов с активным илом, поступающей в камеру отсасывания газа (RU 2136610, 1994).

Недостатком данного способа является то, что в результате турбулентного движения в подающем коллекторе происходит слипание частиц активного ила, содержащих сорбированные газы, что затрудняет их дальнейшую дегазацию. В результате чего в отстойник поступает значительное количество хлопьев, что затрудняет процессы сегментации. Кроме того, в данном решении практически невозможно менять режим дегазации при изменении плотности обрабатываемой суспензии, что необходимо при изменении состава очищаемых сточных вод, в связи с тем, что отверстие в подающем коллекторе нерегулируемо. Кроме того, при зарастании отверстия или попадании в него посторонних предметов, а также при остановке вакуумного насоса возникает возможность разрыва столба жидкости, что требует значительных усилий при новом запуске установки.

Технической задачей, решаемой авторами, являлось создание более универсального и надежного способа обработки активного ила и установки для его осуществления, обеспечивающей при эффективной дегазации лучший фракционный состав суспензии, поступающей в камеру отсасывания газа и выходящей из нее, большую эффективность удаления сорбированных газовых частиц.

Технический результат достигался в результате транспортировки суспензии из резервуара в камеру отсасывания газа в виде ламинарного потока путем подачи в подающий коллектор пузырьков воздуха вдоль оси потока в пульсирующем режиме. В результате этого резко снижается слипание частиц активного ила, содержащего сорбированный газ, в коллекторе. При попадании в камеру отсасывания газа под действием пульсирующего воздушного потока происходит вибрация находящейся в камере суспензии, что способствует перемещению частиц ила, содержащих газ в верхние слои, а частиц, прошедших дегазацию, в нижние слои камеры, а затем в выпускной коллектор. Скорость подачи воздуха колеблется в диапазоне от 0.1 до 1.0

м³/м³, обеспечивая частоту колебаний суспензии в коллекторе 0.05-0.2 Гц. Степень разрежения от 5 до 99% вакуума. Конкретный режим подачи подбирают экспериментально или расчетным путем, исходя из особенностей обрабатываемой суспензии.

В установке для реализации способа было предложено вводить пузырьки воздуха в нижнюю часть подающего коллектора через патрубок насоса, расположенный вдоль центральной оси коллектора и снабженный приспособлением для распыления подаваемого воздуха. Подача воздуха осуществляется, как правило, принудительно с помощью компрессора или воздуходувного насоса, снабженного стандартным приспособлением, обеспечивающим заданный режим пульсации. Оптимально использовать аэрлифтный насос.

Общая схема установки, получившей условное наименование «Аэроклин-Био», приведена на чертеже, где введены следующие обозначения:

1 - резервуар для аэрации (аэротенк) (РА);

2 - вторичный отстойник (ВО);

3 - камера отсасывания газа (КОГ);

4 - подающий коллектор (ПК);

5 - выпускной коллектор (ВК);

6 - аэрлифтный насос с пульсатором (АН);

7 - вакуумный насос (ВН);

8 - приспособление для распыления воздушного потока (РП).

В заявляемом устройстве резервуар для аэрации 1 и вторичный отстойник 2 соединены между собой через КОГ 3 с помощью ПК 4 и ВК 5. Воздух в пульсирующем режиме поступает в нижний конец ПК 4 из линии, связанной с патрубком АН 6 через приспособление для распыления воздушного потока 8, и отсасывается вместе с десорбированными газами с помощью ВН 7.

Устройство работает следующим образом. При включении вакуумного насоса 7 и аэрлифтного насоса 6 суспензия отработанного ила под действием разрежения и аэрлифтного эффекта воздушных пузырьков из РП 8 поступает через ПК 4 в КОГ 3, где в разреженном пространстве осуществляется колебание жидкой суспензии в пульсирующем режиме. При этом осуществляется ускоренная дегазация частиц ила в верхних слоях жидкости, интенсивная их замена в этих слоях на более легкие частицы, содержащие сорбированный газ. Более тяжелые дегазированные частицы опускаются в нижние слои жидкости и по ВК 5 поступают во вторичный отстойник 2.

При необходимости изменить режим дегазации, например, при переходе на работу с жидкой суспензией другой вязкости меняют режим работы АН 6 и ВН 7, добиваясь оптимальных для данной суспензии результатов. При неполадках в работе АН 6 или ВН 7 разрыв столба жидкости предотвращается переключением другого насоса на усиленный режим работы.

Испытания заявляемой схемы обработки активного ила проводилось на опытно-промышленной установке 300 м³ жидкости в час при содержании частиц активного ила 6 г/л и содержании сорбированных газов 5 мг/л. Степень разрежения составила 95% вакуума. Скорость подачи воздуха колебалась в диапазоне от 0.1 до 1.0 м³ в сек, обеспечивая частоту колебаний суспензии в коллекторе 0.05-0.2 Гц. Было показано, что при скорости подачи воздуха 0.1 м³ в сек при частоте колебаний 0.2 Гц количество сорбированных газов на выходе составляло 0.3 мг/л; при скорости подачи воздуха 1.0 м³ в сек при частоте колебаний 0.1 Гц количество сорбированных газов на выходе составляло 0.2 мг/л; при скорости подачи воздуха 0.5 м³ в сек при частоте колебаний 0.05 Гц количество сорбированных газов на выходе составляло 0.6 мг/л. При использовании турбулентного движения без пульсации (по прототипу) эта величина составила 1,8 мг/л.

Т.е. использование заявляемого способа позволило повысить десорбцию газа, сорбированного на частицах активного ила, в 3-9 раз по сравнению с известными аналогичными решениями.

Изобретение может быть использовано для биологической очистки сточных вод. Суспензию, полученную после аэрации смеси сточных вод с активным илом, транспортируют в камеру отсасывания газа 3 под действием создаваемого в камере 3 разрежения и вводимого в коллектор 4 воздуха. Устройство содержит резервуар 1 для аэрации смеси отходов с активным илом и вторичный отстойник 2, соединенные между собой подающим 4 и выпускным 5 коллекторами через камеру отсасывания газа 3 с вакуумным насосом 7. Подающий коллектор 4 снабжен приспособлением 8 для ввода дополнительных количеств воздуха в систему и аэрлифтным насосом 6 с пульсатором. Технический результат: улучшение фракционного состава активного ила и повышение десорбции газа, сорбированного на частицах активного ила. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки активного ила в ходе биологической очистки сточных вод, включающий транспортировку суспензии, полученной после аэрации смеси сточных вод с активным илом, в камеру отсасывания газа под действием создаваемого в камере разрежения и вводимого в подающий коллектор воздуха, вакуумную дегазацию аэрированной смеси и ее транспортировку во вторичный отстойник, отличающийся тем, что воздух подают в нижнюю часть подающего коллектора вдоль его центральной оси в пульсирующем режиме, обеспечивающем пульсацию подаваемой суспензии с частотой 0,05-0,2 Гц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух подают со скоростью 0,1-1,0 м³/с.

3. Устройство для обработки активного ила при биологической очистке сточных вод, содержащее резервуар для аэрации смеси отходов с активным илом и вторичный отстойник, соединенные между собой подающим и выпускным коллекторами через камеру отсасывания газа, которая связана с вакуумным насосом, причем подающий коллектор снабжен приспособлением для ввода дополнительных количеств воздуха, отличающееся тем, что приспособление для ввода дополнительных количеств воздуха в нижний конец подающего коллектора параллельно его оси в виде пузырьков в пульсирующем режиме выполнено в виде компрессора, воздуходувного или аэрлифтного насоса, снабженного прибором, обеспечивающим заданный режим пульсации.