СПОСОБ ОБРАБОТКИ АКТИВНОГО ИЛА И УСТАНОВКА 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).

Недостатками такой установки являются 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 имеет 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, находящихся 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.

Недостатками такой технологической схемы являются 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 через пористые фильтры, выводится из установок. Недостатками данной схемы являются технологическая сложность осуществления двухстадийной очистки, недостаточно эффективная регенерация активного ила, а также необходимость периодической регенерации используемых пористых фильтров.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению 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 систему дополнительно вводится воздух, это снижает эффективность работы установки по дегазации активного ила и делает неоднородным очищаемую суспензию. Кроме того, в результате турбулентного движения в подающем коллекторе возможно слипание частиц активного ила, содержащих сорбированные газы, что способствует образованию хлопьев на поверхности воды и затрудняет их дальнейшую дегазацию.

Недостатком устройства является то, что в систему дополнительно вводится воздух, что снижает эффективность работы установки по дегазации активного ила и делает неоднородным очищаемую суспензию. Наличие нерегулируемого отверстия в подающем коллекторе затрудняет возможность изменения режима дегазации при изменении плотности обрабатываемой суспензии, что необходимо при изменении состава очищаемых сточных вод. Кроме того, в случае нарушения режима работы вакуум-насоса высока вероятность разрыва столба подающей жидкости, что в данной установке приводит к длительной и дорогостоящей операции ее нового запуска в связи с низкими значениями вакуума в нижней части подающего коллектора из-за подсоса воздуха из вышеупомянутого отверстия.

Технической задачей, решаемой авторами, являлось создание более универсального и надежного способа обработки активного ила и установки для его осуществления, обеспечивающих при эффективной дегазации исключение дополнительного введения воздуха в установку и лучший состав суспензии, поступающей в камеру отсасывания газа, большую эффективность удаления сорбированных газовых частиц, а также более высокую безопасность при нарушении работы вакуум-насоса.

Технический результат достигался в результате подачи в подающий коллектор очищенной воды на расстоянии не менее 0.5 м от нижнего конца подающего коллектора таким образом, что она создает в нижней части коллектора гидравлический затвор, а суспензия отработанного активного ила поступает в камеру отсасывания газа в виде ламинарного потока. В коллектор вода поступает, как правило, под действием разрежения, степень которого составляет от 5 до 99% вакуума, однако возможна подача воды, особенно при пуске установки, под давлением, что снижает время, необходимое для введения установки в рабочий режим. Конкретный режим подачи подбирают экспериментально или расчетным путем исходя из особенностей обрабатываемой суспензии.

Для реализации способа было предложено ввести в нижнюю часть подающего коллектора на расстоянии не менее 0.5 м от уровня жидкости в резервуаре для аэрации трубопровод очищенной воды, связанный с вторичным отстойником или отдельной емкостью, содержащей очищенную воду. Подсоединение трубопровода ближе к концу коллектора не позволяет создать в нем достаточно надежный гидрозатвор. Лучшие результаты достигались при присоединении трубопровода к коллектору на высоте 1-2 м от конца коллектора. Коллекторы установки могут быть расположены изолированно или быть выполнены в виде устройства «труба в трубе».

Повышенная надежность при работе установки достигается в том случае, когда уровень суспензии в резервуаре для аэрации (аэротенке) выше, чем уровень суспензии во вторичном отстойнике.

Установка получила условное наименование «Аэроклин-Б». Общая схема установки с изолированными коллекторами приведена на фиг.1, с коллекторами, выполненными в виде устройства «труба в трубе», - фиг.2, 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 - емкость с очищенной водой (ЕВ);

7 - вакуумный насос (ВН);

8 - трубопровод.

В заявляемом устройстве резервуар для аэрации 1 и вторичный отстойник 2 соединены между собой через КОГ 3 с помощью ПК 4 и ВК 5. Емкость ЕВ 6 связана трубопроводом 8 с нижним концом ПК 4.

Устройство работает следующим образом. При включении вакуумного насоса 7 в нижнюю часть ПК 4 из ЕВ 6 поступает вода, которая образует в ПК 4 слой жидкости с большим удельным весом по сравнению с суспензией, который создает своеобразный гидравлический затвор, обеспечивающий в начальный период работы установки более быстрое и равномерное движение очищаемой суспензии в КОГ 3, где в разреженном пространстве осуществляется ускоренная дегазация частиц ила в верхних слоях жидкости. Дегазированные частицы, как более тяжелые, опускаются в нижние слои и поступают через ВК 5 во вторичный отстойник 2. При этом наиболее активно дегазация осуществляется при выполнении коллекторов в виде устройства «труба в трубе». Выполнение в установке системы, при которой уровень суспензии в РА 1 выше, чем уровень суспензии в ВО 2, обеспечивает (в условиях отсутствия ввода воздуха в систему) после начала работы запуск системы автоматического движения жидкости самотеком из РА 1 в ВО 2, что исключает возможность разрыва столба жидкости и повышает надежность работы установки.

В случае внештатной работы установки, приведшей к разрыву столба жидкости, начавшееся обратное движение жидкости в ПК 4 ведет к поступлению в систему дополнительных количеств воды из ЕВ 6, что формирует в ПК 4 гидравлический затвор, исключающий вероятность разрыва столба и снижающий скорость опускания жидкости в ПК 4, давая возможность принять меры по ликвидации нештатной ситуации.

При необходимости изменить режим дегазации, например при переходе на работу с жидкой суспензией другой вязкости, меняют режим ВН 7, добиваясь оптимальных для данной суспензии результатов.

Испытания заявляемой схемы обработки активного ила проводились на опытно-промышленной установке (300 м³ жидкости в час при содержании частиц активного ила 6 г/л и содержании сорбированных газов 5 мг/л). Было показано, что при степени разрежения 95% вакуума количество сорбированных газов на выходе составляло 0.1 мг/л; при степени разрежения 70% вакуума количество сорбированных газов на выходе составляло 0.6 мг/л. При использовании турбулентного движения (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. При этом повышается безопасность и надежность ее работы.

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. Установка для обработки активного ила 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 3 отсасывания газа, которая связана с вакуумным насосом 7. Нижняя часть подающего коллектора 4 связана трубопроводом 8 с емкостью 6 очищенной воды или вторичным отстойником 2. Технический результат: улучшение фракционного состава активного ила и повышение десорбции газа, сорбированного на частицах активного ила, исключение дополнительного введения воздуха в установку, повышение безопасности и надежности работы устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 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, вакуумную дегазацию аэрированной смеси и ее транспортировку во вторичный отстойник, отличающийся тем, что в нижнюю часть подающего коллектора дополнительно подают очищенную воду таким образом, что она создает в нижней части подающего коллектора гидравлический затвор, а суспензия отработанного активного ила поступает в камеру отсасывания газа в виде ламинарного потока.

2. Установка для обработки активного ила при биологической очистке сточных вод, содержащая 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, отличающаяся тем, что к подающему коллектору на расстоянии 1-2 м от его нижнего конца подсоединен трубопровод для подачи очищенной воды, а уровень суспензии в резервуаре для аэрации выше, чем уровень жидкости во вторичном отстойнике.

3. Установка для обработки активного ила по п.2, отличающаяся тем, что подающий и выпускной коллекторы выполнены в виде устройства «труба в трубе».