СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2014 года по МПК C02F3/00 C02F1/00 

Группа изобретений относится к способу и установке для глубокой очистки и обеззараживанию хозяйственно-бытовых и близким к ним по составу сточных вод.

Известен способ очистки и обеззараживания сточных вод, основанный на воздействии на воду постоянного электрического поля, напряженностью 4-20 кВ/м. Поле создается парой изолированных от воды электродов (Патент RU 2288893). Однако нижний предел по напряженности электрического поля 4 кВ/м достаточно высок, что требует повышающего напряжение трансформатора.

Дополнительным недостатком является недостаточная степень очистки по органическим соединениям - БПКполное составляет всего 20-30% от исходного загрязнения воды вместо требуемых 90% и более.

Наиболее близким техническим решением является «Способ глубокой биохимической очистки сточных вод и установка для его осуществления» (Патент №2060967).

Он заключается в том, что очистка сточных вод включает первичное отстаивание, аэрацию, вторичное отстаивание и фильтрацию, перед первичным отстаиванием сточную воду обрабатывают озоном в количестве 6,0-60,0 мг/л, а после вторичного отстаивания воду также обрабатывают озоном в количестве 2,0-20,0 мг/л.

Однако потребление электроэнергии озонатором составляет 30-40 кВт*ч на 1 кг озона. Значит, при потреблении 30 кВт*ч на 1 кг озона:

- при расходе сточной воды 100 м³/сут суммарные затраты электроэнергии составят величину: 24-240 кВт*ч/сут,

- при расходе сточной воды 1000 м³/сут затраты электроэнергии составят величину: 240-2400 кВт*ч/сут.

Это приводит к значительным затратам электроэнергии на очистку сточной воды.

Техническим результатом группы изобретений является интенсификация процесса очистки при одновременном снижении затрат электроэнергии при создании установки для глубокой биохимической очистки различных по составу и количеству сточных вод, недорогой и нетрудоемкой в эксплуатации, а также уменьшить объем и площадь, занимаемую очистным сооружением.

Для достижения технического результата используется способ глубокой биохимической очистки сточных вод, включающий первичное отстаивание, аэрацию в аэротенке, дополнительную очистку в тонкослойном биофильтре, удаление активного ила, поступающего во вторичный отстойник из аэротенка, дополнительную очистку воды от взвешанных частиц в фильтре и выпуск очищенной воды. При этом на выходе чистой воды из фильтра она подвергается обработке постоянным электрическим полем с напряженностью от 2 кВ/м и более.

Кроме того, возвратный активный ил из вторичного отстойника в аэротенк также обрабатывается постоянным электрическим полем с напряженностью от 2 кВ/м и более.

Способ и установка позволяют обеспечить глубокую биохимическую очистку сточных вод, обеспечив их обеззараживание с минимальными затратами электроэнергии и существенного уменьшения объема аэротенка по сравнению со стандартными его объемами.

Нами экспериментально установлено, что при обработке воды с помощью постоянного электрического поля напряженностью 2 кВ/м и более происходит обеззараживание воды по коли индексу более чем на 99%.

Кроме того, обработка воды, содержащей активный ил, повышает скорость его эндогенного дыхания и удельную скорость окисления органических соединений

$$p=\frac{БПКполн}{г*час}$$

не менее чем на 25%, что положительным образом сказывается на уменьшении объема аэротенка.

Согласно СНиП 2.04.03-85 время аэрации в аэротенке tatm определяется формулой:

$$\begin{array}{l}tatm=\frac{{}_{(Len\text{ Lex})}}{ai(l-s)p},\\ где\end{array}$$

Len - БПКполн поступающей в аэротенк воды, в мг/л,

Lex - БПКполн очищенной воды, мг/л,

a_i - доза ила, г/л,

s - зольность ила,

р - определяется по формуле (49).

Из формулы (1) следует, что повышение р на 25% приводит к уменьшению времени аэрации на 20% и, следовательно, при стандартных условиях, к уменьшению объема аэротенка на 20%. Т.к. объем аэротенка равен произведению tatm на средний расход воды в 1 час.

Установка для глубокой биохимической очистки сточных вод, при реализации в ней предложенного способа, работает следующим образом.

Группа изобретений поясняется схемой установки для глубокой очистки и обеззараживания сточных вод.

Исходная сточная вода по трубопроводу 1 поступает в первичный отстойник 2, где происходит ее осветление и благодаря этому уменьшается БПКполн. Из первичного отстойника 2 вода поступает в аэротенк 3, который выполнен в виде промежуточного отстойника с активным илом для глубокой очистки воды от загрязнений. Далее сточная вода проходит через тонкослойный блок 4 биофильтра, на стенках которого находится биопленка, дополнительно очищающая сточную воду. Из тонкослойного блока 4 сточная вода поступает во вторичный отстойник 5. Здесь, на дне вторичного отстойника 5, оседает активный ил и взвешенные частицы. Этот осадок возвращается в аэротенк 3 по трубе 10, причем он подвергается обработке постоянным электрическим полем напряженностью от 2 кВ/м и более с помощью пластин 11, питаемых источником постоянного напряжения 12. Благодаря этому удельная скорость окисления органических соединений активным илом возрастает на величину не менее чем на 25%.

Из вторичного отстойника 5 сточная вода поступает в фильтр 6, где происходит ее окончательная очистка от взвешенных частиц.

Затем очищенная и обеззараженная сточная вода на трубопроводе 7 выпуска очищенной воды подвергается обработке постоянным электрическим полем с напряженность от 2 кВ/м и более с помощью пластин 8, соединенных с источником 9 постоянного напряжения. В результате этого происходит обеззараживание сточной очищенной воды по коли индексу более чем на 99%. Избыточный активный ил из вторичного отстойника и осадок из первичного отстойника удаляется из установки по трубопроводу 13.

Размер пластин 8 и 11 определяется следующим образом. Ширина поперек потока сточной воды составляет величину не менее внешнего диаметра круглой трубы или не менее максимального расстояния между внешними стенками прямоугольной трубы. Длина 1 пластин 8 и 11 вдоль потока определяется по формуле

1=0.02v,

где v - скорость потока сточной воды. Длина не менее расстояния между пластинами. В качестве материала для пластин может быть использован любой проводник (алюминий, железо и т.д.). В качестве материала для трубопроводов могут быть использованы как проводящие, так и диэлектрики (сталь, чугун, пластик и т.д.).

Для питания пластин, создающих постоянное электрическое поле в потоке сточной воды и наличия в установке переменного напряжения? используются однополупериодный или двухполупериодный выпрямитель, на выходе из которых стоит конденсатор емкостью 0.1-0.01 мкФ и соединенный параллельно пластинам, расположенным параллельно друг другу с противоположных сторон трубопровода.

Если диаметр трубопровода такой, что расстояние между пластинами создает в сточной воде напряженность постоянного электрического поля менее 2 кВ/м, то в месте обработки электрическим полем трубопровод большого диаметра заменяется на два или более трубопроводов меньшего диаметра, или на прямоугольный трубопровод обеспечивающие расстояние между пластинами, при котором напряженность постоянного электрического поля в сточной воде 2 кВ/м или более.

Затраты электрической энергии на создание постоянного электрического поля пластинами 8,11 определяются следующим образом. Ток через пластины равен 0, т.к. они изолированы друг от друга. Однако в полупроводниках имеет место обратный ток. Так, согласно Гальперину М.В. «Электронная техника», например, диод 2Д-215 имеет в диапазоне напряжений 200-600 В величину обратного тока равную 0.05 мА. Из этого следует, что при переменном напряжении 220В потери мощности за счет обратного тока составят величину 0.011 Вт. Прямого тока нет, т.к. на выходе выпрямителя стоит конденсатор емкостью 0.1-0.01 мкФ.

За сутки потребляемая электроэнергия составит величину 0.95 кВт*ч для одного места обработки сточной воды постоянным электрическим полем напряженностью от 2 кВ/м и более. Для двух мест обработки (возвратного активного ила и на выходе из установки) эти затраты составят величину 1.9 кВт*ч за сутки. Эти затраты электроэнергии не зависят от величины расхода сточной воды через установку и существенно ниже затрат электроэнергии в аналогичной установке (Патент №2060967).

Таким образом, используя переменное напряжение 220В и используя вышеописанные источники питания, всегда можно создать постоянное электрическое поле напряженностью 2 кВ/м и более.

Пример 1. Расход сточной воды 100 м³/сут, т.е. 1.16*10^-3 м³/с. БПК_полн ⁼150 мг/л на входе в аэротенк, а на его выходе 6 мг/л. Среднее содержание активного ила 4 г/л. Для бытовых сточных вод согласно СНиП 2.04.03-85 время аэрации равно 4.06 ч. Объем аэротенка равен 16.92 м³.

В результате обработки возвратного активного ила из вторичного отстойника в аэротенк постоянным электрическим полем объем аэротенка уменьшен на 20%, т.е. на 3.38 м³ и составляет величину 13.54 м

Внутренний диаметр трубы для перекачки в аэротенк осевшего активного ила во вторичном отстойнике равен 20 мм. Расстояние между пластинами равно 40 мм. Напряженность постоянного электрического поля в сточной воде после выпрямителя от переменного напряжения 220 В равна 7.8 кВ/м.

На выходе очищенной сточной воды из фильтра внутренний диаметр трубы равен 60 мм. Расстояние между пластинами 80 мм. Ширина пластин 70 мм, длина вдоль потока 80 мм. Напряженность постоянного электрического поля в воде 3.9 кВ/м.

На выходе из установки характеристики обеззараженной сточной воды: БПКполн=3мг/л, С_взв=2 мг/л, азот общий 7 мг/л, азот аммонийный 0.3 мг/л, фосфаты 0.6 мг/л. Затраты на электрическую обработку воды 1.9 кВт*ч в сутки.

Пример 2. Расход сточной воды 1000 м³/сут т.е. 1.16 10"² м³/с. На входе в аэротенк БПК_полн ⁼160 мг/л, на выходе 6 мг/л. Среднее содержание активного ила в аэротенке 4 г/л. Для бытовых сточных согласно СНиП 2.04.03-85 время аэрации равно 4.37 ч. Объем аэротенка равен 182.2 м³. В результате обработки постоянным электрическим полем возвратного активного ила объем аэротенка уменьшен на 20%, т.е. на 36.4 м³ и составляет величину 145.8 м. Внутренний диаметр трубы для перекачки в аэротенк возвратного активного ила из вторичного отстойника 65 мм. Расстояние между пластинами 85 мм. Напряженность постоянного электрического поля в сточной воде после выпрямителя от переменного напряжения 220В равна 3.6 кВ/м.

На выходе очищенной сточной воды из фильтра в месте обработки ее постоянным электрическим полем расположен трубопровод прямоугольной формы с внутренней высотой 100 мм и шириной 860 мм. Расстояние между пластинами 115 мм. Ширина пластин 870 мм, длина вдоль потока 115 мм. Напряженность постоянного электрического поля в воде 2.7 кВ/м. На выходе из установки характеристики обеззараженной сточной воды: БПКполн=3 мг/л, С_взв=3мг/л, азот общий 8 мг/л, азот аммонийный 0.3 мг/л, фосфаты 0.5 мг/л.

Приведенные примеры позволяют сделать вывод о высокой эффективности предложенного способа и установки для глубокой очистки и обеззараживания сточных вод. Способ и установка позволяют ускорить биологический процесс в аэротенке, уменьшить его габариты и металлоемкость, получить очищенную и обеззараженную воду на выходе из установки.

Изобретение может быть использовано водоочистке. Исходная сточная вода по трубопроводу 1 поступает в первичный отстойник 2, где происходит ее осветление. Из первичного отстойника 2 вода поступает в аэротенк 3, выполненный в виде промежуточного отстойника с активным илом для глубокой очистки воды от загрязнений. Далее сточная вода проходит через тонкослойный биофильтр 4, на стенках которого находится биопленка, дополнительно очищающая сточную воду. Из тонкослойного биофильтра 4 сточная вода поступает во вторичный отстойник 5, в котором оседает активный ил и взвешенные частицы. Этот осадок возвращается в аэротенк 3 по трубе 10, причем он подвергается обработке постоянным электрическим полем напряженностью от 2 кВ/м и более с помощью пластин 11, питаемых источником постоянного напряжения 12. Из вторичного отстойника 5 сточная вода поступает в фильтр 6, где происходит ее окончательная очистка от взвешенных частиц. Очищенная и обеззараженная сточная вода на трубопроводе 7 выпуска очищенной воды подвергается обработке постоянным электрическим полем с напряженностью от 2 кВ/м и более с помощью пластин 8, соединенных с источником 9 постоянного напряжения. Избыточный активный ил из вторичного отстойника 5 и осадок из первичного отстойника 2 удаляют из установки по трубопроводу 13. Предложенное изобретение позволяет интенсифицировать процесс водоочистки при одновременном снижении энергозатрат, а также уменьшить объём и площадь, занимаемую очистным сооружением. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 прим.

1. Способ глубокой очистки и обеззараживания сточных вод, включающий первичное отстаивание, аэрацию в аэротенке, дополнительную очистку в тонкослойном биофильтре, вторичное отстаивание во вторичном отстойнике, очистку от взвешенных частиц в фильтре, а также возврат в аэротенк осевшего во вторичном отстойнике активного ила и удаление избыточного активного ила осуществляется по соответствующему трубопроводу, отличающийся тем, что на выходе из упомянутого биофильтра сточная вода обрабатывается постоянным электрическим полем с напряженностью от 2 кВ/м и более, при этом возвратный активный ил из вторичного отстойника в аэротенке обрабатывается постоянным электрическим полем с напряженностью от 2 кВ/м и более.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания постоянного электрического поля в сточной воде используются пластины из проводящего материала, изолированные друг от друга и расположенные параллельно друг другу с противоположных сторон трубопровода.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что питание пластин осуществляется от сети переменного напряжения, преобразуемого в постоянное с помощью однополупериодного или двухполупериодного выпрямителей, на выходе которых подсоединен параллельно пластинам конденсатор емкостью 0,1-0,01 мкФ.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что размер пластин, обеспечивающих обработку сточной воды постоянным электрическим полем, устанавливается: ширина поперек потока не менее максимального внешнего размера трубопровода, а длина вдоль потока определяется формулой - 1=0,02 v, но не менее расстояния между пластинами.

5. Установка для глубокой очистки и обеззараживания сточных вод, включающая первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, тонкослойный биофильтр, расположенный между первичным и вторичным отстойниками, трубопровод подачи исходной сточной воды в первичный отстойник, трубопровод выпуска очищенной воды из вторичного отстойника, трубопровод удаления осадка из вторичного отстойника и трубопровод рециркуляции активного ила между первичным и вторичным отстойниками, отличающаяся тем, что на трубопроводе выпуска очищенной воды установлены первые пластины, соединенные с первым источником постоянного напряжения.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что на трубопроводе рециркуляции активного ила установлены вторые пластины, соединенные со вторым источником постоянного напряжения.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что перед трубопроводом выпуска очищенной воды установлен фильтр.