СПОСОБ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ВЗВЕШЕННЫМ АКТИВНЫМ ИЛОМ С ГИДРОАВТОМАТИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ РЕЦИРКУЛЯЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕДИНОВРЕМЕННЫХ ОБЪЕМОВ НЕРАВНОМЕРНО ПОДАВАЕМЫХ СТОЧНЫХ ВОД ЧАСТНЫХ ДОМОВ И СПЕЦИАЛЬНЫМ НОЧНЫМ РЕЖИМОМ ДЕНИТРИФИКАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК C02F3/02 C02F3/12 

Изобретение относится к способам аэробной биологической очистки сточных вод отдельных домашних хозяйств взвешенным активным илом и может быть использовано в частных домах, отдельно стоящих зданиях, коттеджах, приусадебных домах и т.д., где наблюдается очень сильная неравномерность слива стоков, как по объему, так и по химическому составу, учитывая режим проживания пользователей, работу стиральной и посудомоечных машин, а также большой период отсутствия подачи органических стоков в ночное время, когда в станцию поступает в основном моча и иногда сток от бытовой техники. Для такого режима поступления необходима система уравнивания единовременных стоков, станции должны иметь приемный накопительный объем и систему равномерного отвода очищаемой воды. Использование на первых ступенях очистки анаэробных септических камер с запасом объема для накопления осадка иногда экономически оправдано для владельцев загородных домов, но в условиях России, образуемый «сырой осадок» просто негде принимать для утилизации, так как городские очистные сооружения такой осадок не перерабатывают, а только отсекают на первичном отстойнике и откачивают на иловые площадки. Дальнейшая их утилизация ложится уже на тариф по очистке сточных вод, и оплачивают это абоненты городских очистных сооружений. Исходя из этого, применение септических камер с вывозом «сырого осадка» ассенизационными машинами с загородных домов в условиях России (и большинства других стран) экономически неоправданно. Наиболее приемлемый способ очистки сточных вод частных домов с участками земли, это станции для полной аэробной очистки взвешенным активным илом сточных вод в местах их происхождения. Они работают без образования запаха, эффективно очищают сточные воды, а периодически откачиваемый избыток активного ила в объеме до 100 литров в месяц на одну семью, возможно использовать в качестве удобрения на своем участке земли. Для таких станций не нужна ассенизационная машина, они не образуют запаха и обеспечивают глубокую биологическую очистку сточных вод, некоторые дают результаты очистки лучше городских очистных сооружений. На сегодняшний день уже более 20-ти лет существуют технологии полной аэробной очистки и утилизации осадков на участке земли пользователей, но надежность и стоимость таких систем часто неприемлемы большому количеству загородных жителей. Данное изобретение направлено на кардинальное повышение надежности станций аэробной очистки сточных вод, снижение стоимости таких станций, повышение качества и стабильности очистки сточных вод по всем биологически очищаемым загрязнениям.

Из уровня техники известны «Способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления» (см. патент на изобретение RU №2305662, C02F 3/12, оп. в 2007 г.). Известный способ очистки сточных вод характеризуется двухфазной работой устройства с поочередной аэрацией в разных резервуарах: в первой фазе подают воздух в мелкопузырчатый аэратор аэротенка, аэраторы-мешалки камеры стабилизации ила, крупнопузырчатый аэратор внешнего обдува трубчатого колодца, а во второй фазе прекращают аэрацию в аэротенке, отключают аэраторы-мешалки камеры стабилизации ила, крупнопузырчатый аэратор внешнего обдува трубчатого колодца, включают аэраторы-мешалки в уравнивающем резервуаре, мелкопузырчатый аэратор в активационном резервуаре, подают воздух в рециркуляционный и в циркуляционный насосы вторичного отстойника, в аэратор-разбиватель биопленки и в насос-удалитель биопленки, производят откачку рециркуляционным насосом взвеси частично очищенной воды с излишком ила из придонной части аэротенка в успокоитель камеры стабилизации ила, способствуя перетеканию вытесненной воды с частью поступившей взвеси самотеком сначала в уравнивающий резервуар, а затем в активационный резервуар, а при подаче большого объема поступающих сточных вод уровень в уравнивающем резервуаре повышается, срабатывает аварийный датчик, устройство принудительно переводят в первую фазу работы. Известное устройство имеет систему уравнивания единовременных сбросов, развитую систему рециркуляции, но достаточно сложную, относительно малонадежную и дорогостоящую конструкцию, требующую ежеквартального обслуживание специализированным сервисом. В этом устройстве в ночное время не предусмотрено изменение в режиме работы системы аэрации, что приводит к избыточному насыщению находящихся в резервуарах очищаемых сточных вод кислородом. А повышенный уровень кислорода блокирует денитрификацию, что ведет к повышению в первой половине дня уровня нитритов и нитратов в очищенной воде, выводимой из станции после утреннего сброса стоков.

Известно устройство для очистки сточных вод, содержащее закрытый корпус, в котором расположены уравнивающий отсек с активным илом, входным патрубком и аэраторами, сообщающийся с ним перепускным каналом активационный отсек с установленным в его придонной части мелкопузырчатым аэратором, сообщающийся с активационным отсеком посредством главного насоса аэротенк, в котором также установлен мелкопузырчатый аэратор, связанный с аэротенком посредством илового насоса отсек стабилизации ила с расположенной в нем аэратором-мешалкой и связанный с аэротенком посредством циркуляционного насоса выходной отсек с фильтром, расположенным перед выпускным патрубком, при этом отсек стабилизации ила соединен с уравнивающим отсеком переливным трубопроводом, а все аэраторы и выполненные в виде эрлифтов, насосы соединены с компрессором через пневмораспределители, связанные с блоком управления, при этом выходная часть уравнивающего отсека перед перепускным каналом отделена от его входной части наклонной задерживающей решеткой, по обе стороны от которой в придонной части отсека установлены аэраторы-мешалки, аэротенк сообщен с активационным отсеком рециркуляционным насосом, выполненным в виде эрлифта, при этом в аэротенке установлен связанный с блоком управления датчик кислорода в жидкости, а на трубопроводе подачи воздуха в мелкопузырчатый аэратор, расположенный в придонной части аэротенка, установлен клапан, также связанный с блоком управления, при этом расположенный в выходном отсеке фильтр выполнен в виде каркасного фильтра ультрафильтрационной очистки (см. патент на изобретение RU №2355649, C02F 3/02, оп. в 2009 г.). Это техническое решение позволяет более эффективно регулировать уровень кислорода в установке и повышать качество очистки сточных вод. Однако очень сложная и дорогая конструкция такой установки, необходимость частого обслуживания специализированным сервисом не оправданы в условиях применения для очистки локальных объемов сточных вод (например, в индивидуальном доме на одну семью).

Известны способ и устройство для очистки сточных вод, включающие подачу сточных вод в приемный резервуар, перекачку очищаемой воды в аэротенк-денитрификатор, в камере которого происходит образование ила посредством работы аэробных и факультативных бактерий, дальнейшее перетекание воды во вторичный отстойник, перетекание из вторичного отстойника воды в выходной резервуар, а из него в выходной трубопровод очищенной воды, причем в приемном резервуаре вода циркулирует, подвергаясь влиянию активного ила и крупнопузырчатой аэрации, а в аэротенке-денитрификаторе происходит вертикально-круговая циркуляция части смеси воды и активного ила вокруг вторичного отстойника, заглубленного в воду, при этом скорость циркуляции выбрана такой, чтобы при движении воды вниз концентрация кислорода падала фактически до нуля в начале зоны денитрификации, далее во вторичном отстойнике происходит улавливание всплывающих частиц в верхней части и отделение воды и ила, происходит непрерывная откачка активного ила из зоны аэротенка-денитрификатора, расположенной на максимальном удалении от элемента аэрации, в резервуар аэробного стабилизатора активного ила, из которого вода с активным илом через небольшой вертикальный отстойник перетекает обратно в аэротенк-денитрификатор, а осевший ил периодически удаляют, в выходном резервуаре имеется запас очищенной воды, который используется для автоматической промывки главного эрлифта, эрлифта рециркуляции ила, выходной трубы заглубленного вторичного отстойника (ЗВО), на инжектор промывки зоны денитрификации и разбиватель пленки ЗВО установленным насосом промывки, при включении которого также откачивается осадок из выходного резервуара, дно которого имеет уклон к насосу промывки, выходной резервуар фактически является дополнительным отстойником и аккумулирующим резервуаром, который после отключения промывки не позволяет взмученной воде из вторичного отстойника сразу попасть на выход (см. патент на изобретение RU №2426696, C02F 3/12, оп. в 2010 г.). Этот способ и реализующее его устройство также сложны и требуют относительно частого обслуживания специализированным сервисом в силу сложности алгоритма функционирования и большого количества технологических элементов (управляемых эрлифтов и насосов перекачки). Все это снижает надежность работы станции и повышает эксплуатационные расходы, что снижает востребованность для очистки локальных стоков частных домов. Также в ночное время нет изменения в режиме работы системы аэрации, что приводит к избыточному насыщению находящихся в резервуарах сточных вод кислородом. А повышенный уровень кислорода блокирует денитрификацию в ночное время, что ведет к повышению в утренние часы уровня нитритов и нитратов в очищенной воде.

Известен способ непрерывной интенсивной биологической очистки сточных вод, включающий предварительную обработку сточных вод в приемном аэротенке с предварительной биологической очисткой сточных вод, сепарацией и удалением твердой фракции, основную биологическую очистку активным илом при аэрации сточных вод в аэробной фазе и отсутствии аэрации в аноксидной фазе, подачу отработанного активного ила на стабилизацию и отвод очищенных вод, при этом основную биологическую очистку сточных вод осуществляют в основном аэротенке путем образования продольно расположенных камер, связанных между собой в верхней и нижней зонах, направляя сточные воды перетоком по спирали из одной камеры в другую за счет создания аэробной зоны в одной камере и аноксидной зоны в другой камере с осуществлением процессов нитрификации сточных вод в аэробной фазе и процессов денитрификации образующихся нитратов и нитритов в аноксидной фазе, причем перетекание сточных вод из аэробной зоны в аноксидную зону осуществляют в верхней части камер под воздействием системы аэрации сточных вод в аэробной зоне, создающей дисбаланс уровня сточных вод по высоте за счет уменьшения плотности водо-воздушной смеси, а перетекание сточных вод из аноксидной зоны в аэробную зону осуществляют в нижней части камер под воздействием разрежения в нижней части аэробной зоны, при этом изменение направления спирального движения сточных вод на встречное, производят выключением аэрации в аэробной зоне и включением аэрации в аноксидной зоне после накопления в аноксидной зоне с дефицитом кислорода высококонцентрированного живого осадка активного ила и нарастания в нем процессов отмирания, и реализующее этот способ устройство (см. патент на изобретение RU №2414434, C02F 3/12, оп. в 2011 г.). В этой установке скорость циркуляции сточных вод вокруг перегородки постоянна и не зависит от объема поступающих сточных вод. Это мощная эффективная промышленная установка предназначена для обработки большого количества стоков, и малопригодна для использования для очистки локальных и индивидуальных объемов сточных вод, где поступление стоков крайне неравномерно как по объему, так и по химическому составу. Также в ночное время нет изменения в режиме работы системы аэрации, что приводит к избыточному насыщению находящихся в резервуарах сточных вод кислородом. А повышенный уровень кислорода блокирует денитрификацию в ночные часы, что ведет к повышению в утренние часы уровня нитритов и нитратов в очищенной воде.

Наиболее близким техническим решением к заявленной группе изобретений являются способ эффективной очистки сточных вод, включающий предварительную обработку сточной воды активным илом в аэробной зоне приемного аэротенка посредством ее кругового движения, создаваемого системой аэрации, активизации процессов ферментного разложения и окисления органических загрязнений и нитрификации соединений аммонийного азота, подачу первично обработанных сточных вод в расположенный под приемным аэротенком сообщающийся с ним в зоне промежуточного дна активационный первичный отстойник с продолжением процессов разложения трудноокисляемых соединений и активизацией процессов денитрификации в живом высококонцентрированном осадке активного ила и его самоокисления (избирательного лизиса) и окончательную обработку очищаемых вод во вторичном отстойнике с отделением активного ила и выведением очищенной воды, при этом во вторичном отстойнике в слое оседающего активного ила и расходе растворенного кислорода на окисление до минимума, происходит флотация активного ила от газовыделения азота и углекислого газа при денитрификации, этот слой разрушают выходящими пузырями при работе пузырькового дозатора, и затем подают очищенную воду с верхних слоев вторичного отстойника посредством пузырькового дозатора к выходу из установки, и устройство для его осуществления (см. патент на изобретение RU №2455239, C02F 3/12, оп. в 2012 г.). Известные способ и устройство позволяют интенсифицировать воздействие на сточные воды в однорезервуарной компактной емкости с сообщающимися смежными камерами и самотечным движением сточных вод между ними, а также повысить качество очистки с поддержанием стабильного режима работы. Однако, в условиях единовременных сбросов большого количества сточных вод такая установка не меняет скорости рециркуляции, и от этого недостаточно эффективно справляется с относительно большими единовременными объемами сточных вод, при этом качество очистки сточных вод может ухудшиться. А высокая неравномерность подачи сточных вод по объему и химическому составу - основное отличие сточных вод частного дома. Также, в ночное время нет изменения в режиме работы системы аэрации, что приводит к избыточному насыщению находящихся в резервуарах сточных вод, кислородом. А повышенный уровень кислорода блокирует денитрификацию, что ведет к повышению в первой половине дня уровня нитритов и нитратов в очищенной воде.

Технической проблемой являются неравномерность подачи сточных вод по объему и химическому составу и неизменность скорости рециркуляции при сбросе большого количества сточных вод. Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи очистки сточных вод домашних хозяйств относительно простыми технологическими решениями при увеличении эффективности очистки неравномерно подаваемых сточных вод за счет аэробной биологической очистки взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции между сообщающимися камерами с перетеканием сточных вод между ними по частично заполненным условно щелевым каналам, с использованием только системы аэрации и свойств работы пузырькового дозатора-аэрослива.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и специальным ночным режимом денитрификации, включающем предварительную очистку сточной воды аэробным активным илом в аэробной зоне накопительного приемного аэротенка посредством ее кругового движения, создаваемого аэратором, активизацию процессов ферментного разложения и окисления органических загрязнений, нитрификацию соединений аммонийного азота, подачу первично обработанных сточных вод в смеси с биомассой активного ила в первичный отстойник с продолжением процессов окисления органики, осаждение ко дну первичного отстойника с созданием зоны высококонцентрированного осадка живого активного ила, разложение трудноокисляемых органических соединений и снижение уровня кислорода, активизацию процессов денитрификации в живом высококонцентрированном осадке активного ила, процессы его самоокисления при конкуренции за питание и окислитель, и далее окончательную обработку очищаемых вод во вторичном отстойнике с отделением биомассы активного ила и равномерным выведением очищенной воды посредством пузырькового дозатора-аэрослива, предварительно обработанные в приемном аэротенке сточные воды подают в сообщающийся с ним первичный отстойник перетоком в верхней зоне перегородки, расположенной между ними, через «условно» щелевые отверстия, в которых средняя ширина минимум в два раза меньше высоты в перегородке, всегда заполненные на минимальном уровне в «штатном» режиме без подачи новых порций сточных вод, причем при поднятии уровня при единовременной подаче стоков на очистку увеличивается переток в первичный отстойник в верхней зоне перегородки, а обратно в приемный аэротенк сточные воды подают путем «подсасывания» в нижней зоне перегородки, с образованием большого рециркуляционного круга вокруг разделяющей емкости перегородки, причем скорость рециркуляции по этому кругу регулируют гидроавтоматически, пропорционально объему единовременно поступающих сточных вод при подъеме уровня в резервуарах устройства, с последующим медленным снижением скорости рециркуляции до минимально установленной по мере отвода очищенных стоков выходным пузырьковым дозатором - аэросливом, при этом при единовременном поступлении стоков обеспечивают повышение уровня кислорода и распределение активного ила по всему объему обрабатывающих сточные воды резервуаров, равномерную их обработку в аэробных условиях, и затем при снижении уровня при отводе очищенной воды, скорость рециркуляции снижают до установленного минимума, что способствует образованию зоны высокой концентрации биомассы в придонной зоне первичного отстойника и снижении в ней концентрации растворенного кислорода для активизации дополнительного процесса денитрификации и биологического разложения трудноокисляемых загрязнений. А также тем, что в ночное время устанавливает специальный ночной режим денитрификации, отключая электропитание компрессора, при этом паузы аэрации не превышают тридцати минут для исключения полной седиментации активного ила, позволяющей поддерживать биомассу активного ила во взвешенном состоянии и при этом снижать концентрацию растворенного кислорода. А также тем, что пропускную способность «условно» щелевых отверстий корректируют заранее, например, сдвижной диафрагмой из расчета производительности устройства и требуемых пропорций зависимости скорости рециркуляции от объема единовременно поступающих стоков.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройстве для аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и специальным ночным режимом денитрификации, содержащем расположенные в общем корпусе с пароизоляционной крышкой и сообщающиеся между собой приемный аэротенк с аэратором, первичный отстойник, далее вторичный отстойник, снабженный пузырьковым дозатором - аэросливом, для дозированного равномерного выведения очищенной воды за пределы установки, и расположенный в пароизолированном кожухе компрессор, приемный аэротенк и первичный отстойник связаны между собой перегородкой и выполнены сообщающимися в верхней и нижней зонах посредством отверстий в перегородке, при этом приемные аэротенк и вторичный отстойник разделены перегородкой с нижним отверстием А также тем, что отверстия в верхней зоне перегородки между приемным аэротенком и первичным отстойником выполнены «условно» щелевыми, в которых средняя ширина минимум в два раза меньше высоты в перегородке, при этом использование аэратора приемного аэротенка обеспечивает заполнение «условно» щелевых отверстий перегородки на минимальном уровне в «штатном» режиме без подачи новых порций сточных вод, а отверстие в нижней зоне перегородки выполнено любого профиля, не менее суммарной площади условно щелевых отверстий. А также тем, что «условно» щелевые отверстия выполнены с возможностью коррекции их формы с помощью, например, сдвижной диафрагмы.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображено устройство для аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с боковым расположением вторичного отстойника и гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и специальным ночным режимом денитрификации. На фиг. 2 - то же, в момент единовременного сброса сточных вод. На фиг. 3 - то же, в момент сброса максимального количества сточных вод. На фиг. 4 - то же, с корпусом цилиндрической формы, поперечное сечение. На фиг. 5 - то же, с корпусом прямоугольного сечения, поперечное сечение. На фиг 6 схематично изображено устройство для аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с центральным расположением вторичного отстойника и гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и специальным ночным режимом денитрификации. На фиг. 7 - то же, в момент сброса единовременной порции сточных вод. На фиг. 8 - то же, в момент сброса максимальной порции сточных вод. На фиг. 9 - то же, с корпусом цилиндрической формы, поперечное сечение. На фиг. 10 - то же, с корпусом прямоугольного сечения, поперечное сечение.

Устройство для аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и специальным ночным режимом денитрификации, изображенное на фиг. 1-5, включает корпус 1 с пароизоляционной крышкой 2. В корпусе 1 вертикально и последовательно расположены три камеры: приемный аэротенк 3, первичный отстойник 4, вторичный отстойник 5. Приемный аэротенк 3 отделен от первичного отстойника 4 перегородкой 6 с «условно» щелевыми отверстиями 7 (каналами) различной формы в верхней зоне перегородки 6 («условно» щелевые - это отверстия (каналы), в которых средняя ширина минимум в два раза меньше высоты отверстий). «Условно» щелевые отверстия 7 имеет возможность начальной коррекции формы и размеров для регулирования размера канала рециркуляции в зависимости от объема единовременно поступающих сточных вод и поднятия уровня зеркала воды при неравномерной подаче сточных вод на очистку. В нижней зоне 8 перегородки 6 аэротенк 3 и первичный отстойник 4 сообщаются между собой посредством горизонтально расположенных отверстий или горизонтальной щели. Вторичный отстойник 5 имеет форму, приближенную к конусу (с сужением вниз), за счет использования изогнутой перегородки 9 между отстойником 5 и отстойником 4. В нижней зоне 10 перегородки 9 первичный отстойник 4 и вторичный отстойник 5 сообщаются между собой. В верхней зоне корпуса 1 под крышкой 2 расположены компрессор 11 и пневмораспределитель 12 в пароизолированном кожухе 13.

В верхней зоне приемного аэротенка 3 находится входной патрубок 14 сточных вод. В приемном аэротенке 3 расположен аэратор 15, в данном случае линейный, примыкающий к перегородке 6 для создания мелкопузырчатой аэрации во входном аэротенке 3, обеспечивающий снижение плотности образуемой водно-пузырьковой смеси над ним. При этом такое расположение линейного аэратора 15 способствует созданию круговых циркуляционных потоков сточных вод внутри приемного аэротенка 3, их перемешиванию с биомассой активного ила и растворению кислорода воздуха, что обеспечивает протекание аэробных биологических процессов очистки сточных вод. Аэратор 15 связан посредством воздухопровода 16 с пневмораспределителем 12 и компрессором 11.

Вторичный отстойник 5 снабжен пузырьковым дозатором - аэросливом (системой дозированного выведения очищенной воды за пределы установки), выполненным в виде U-образной трубы 17 с инжектором 18 воздуха в нижней зоне входного колена. Входное колено U-образной трубы 17 в своей верхней зоне снабжено зауженной горловиной 19, расположенной под водой вторичного отстойника 5 и предназначенной для формирования пузырькового пульсирующего воздушного клапана внутри входного колена. Зауженная горловина 19 имеет отверстие для регулирования размера выходных пузырьков воздуха при пульсации большого блокирующего пузыря под горловиной 19, принимающего в себя входные пузыри от инжектора 18. Пузырьковый дозатор - аэрослив снабжен вертикальной трубой 20 аварийного перелива, примыкающей к его выходному колену в зоне 21 выхода очищенной воды из установки. Верхний конец трубы 20 аварийного перелива расположен в зоне максимального уровня воды во вторичном отстойнике 5 и определяет границу этого аварийного уровня. Этот перелив срабатывает при аварийном повышении уровня в станции очистки сточных вод, предотвращая переполнение всех емкостей и исключает аварийное переполнение.

Устройство для аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и специальным ночным режимом денитрификации, изображенное на фиг. 6-10, также включает корпус 1 с пароизоляционной крышкой 2. В корпусе 1 вертикально расположены три камеры: приемный аэротенк 3, первичный отстойник 4, вторичный отстойник 5. Приемный аэротенк 3 отделен от первичного отстойника 4 перегородкой 6 с «условно» щелевыми отверстиями 7 (каналами) различной формы в верхней зоне перегородки 6 (условно щелевые - это отверстия (каналы), в которых средняя ширина минимум в два раза меньше высоты отверстий). Вторичный отстойник 5 имеет форму, приближенную к конусу (с сужением вниз), за счет использования изогнутой перегородки 9, и расположен в центральной части корпуса 1, внутри первичного отстойника 4, имеющего в сечении П-образную форму. В нижней зоне 8 перегородки 6 аэротенк 3 и первичный отстойник 4 сообщаются между собой посредством горизонтально расположенных отверстий или горизонтальной щели. Над этой зоной 8 изогнутая часть перегородки 9 примыкает к перегородке 6 (см. фиг. 3, 4, 5). Причем зона 10, где первичный отстойник 4 и вторичный отстойник 5 сообщаются между собой, находится над зоной 8 (см. фиг. 3, 4, 5). В верхней зоне корпуса 1 под крышкой 2 расположены компрессор 11 и пневмораспределитель 12 в пароизолированном кожухе 13.

Вторичный отстойник 5 устройства, изображенного на фиг. 3-7, также снабжен пузырьковым дозатором - аэросливом (системой дозированного выведения очищенной воды за пределы установки), выполненным в виде U-образной трубы 17 с инжектором 18 воздуха в нижней зоне входного колена. Входное колено U-образной трубы 17 в своей верхней зоне снабжено зауженной горловиной 19, расположенной под водой вторичного отстойника 5 и предназначенной для формирования пузырькового пульсирующего воздушного клапана внутри колена. Зауженная горловина 19 имеет отверстие для регулирования размера выходных пузырьков воздуха при пульсации большого блокирующего пузыря под горловиной 19, принимающего в себя входные пузыри от инжектора 18. Пузырьковый дозатор - аэрослив снабжен вертикальной трубой 20 аварийного перелива, примыкающей к его выходному колену в зоне 21 выхода очищенной воды из аэрослива. Верхний конец трубы 20 аварийного перелива расположен в зоне максимального уровня воды во вторичном отстойнике 5 и определяет границу этого аварийного уровня. Труба 22 слива проходит через перегородку 9, а ее конец 23 выведен за пределы корпуса 1. Этот перелив срабатывает при аварийном повышении уровня в станции очистки сточных вод, предотвращая переполнение всех емкостей и исключает аварийное переполнение.

Способ аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и специальным ночным режимом денитрификации заключается в следующем. Размеры «условно» щелевых отверстий 7 задают предварительно, исходя из расчетного количества суточных стоков и необходимых временных пропорций скорости рециркуляции между аэротенком и первичным отстойником, используя, например, сдвижную диафрагму (на рисунке не показано). Единовременная порция сточных вод, попадающая в аэробную зону приемного аэротенка 3, смешивается с массой воды и биомассой активного ила, создаваемой аэробными и факультативными бактериями, который находится во взвешенном состоянии. В приемном аэротенке 3 происходит предварительная аэробная очистка сточных вод. Благодаря боковому расположению аэратора 15, в данном случае линейного, сточные воды в аэротенке 3 все время находятся во вращательном движении, поднимаясь вверх вместе с пузырьками воздуха вдоль перегородки 6 и опускаясь вниз вдоль противоположной стенки аэротенка 3, образуя малый циркуляционный круговой поток 24. Это способствует активному перемешиванию сточных вод с биомассой активного ила, формированию водо-воздушных потоков, разбиванию фрагментов органических загрязнений, активизации процессов аэробного ферментного разложения и окисления органических загрязнений, а также нитрификации соединений аммонийного азота, поступающих с мочой человека. Соединения аммонийного азота всегда присутствуют в бытовых сточных водах, это связано с отправлением человеком естественных физиологических нужд. Важно, что со стороны перегородки 6, в зоне щелевых отверстий 7 приемного аэротенка 3 посредством аэратора 15, обеспечивается дисбаланс уровней от снижения плотности водо-воздушной смеси, что создает переток между сообщающимися приемным аэротенком 3 и первичным отстойником 4. Сточные воды, перетекающие в первичный отстойник 4 из аэротенка 3 через «условно» щелевые отверстия 7 в верхней зоне перегородки 6, как изображено на фиг. 1 (в «штатном» режиме работы), уже прошли первичную обработку активным илом в процессе циркуляции в аэротенке 3. В «штатном» режиме перетекание сточных вод через «условно» щелевые отверстия 7 происходит за счет их постоянной аэрации с локальным снижением плотности водо-воздушной смеси около перегородки 6, обеспечивая дисбаланс уровня между резервуарами приемного аэротенка 3 и вторичного отстойника 4. Поскольку «условно» щелевые отверстия 7 имеет возможность начальной коррекции формы и размеров для регулирования размера канала рециркуляции в зависимости от объема единовременно поступающих сточных вод при неравномерной подаче сточных вод на очистку, их пропускную способность можно выставлять заранее или изменять в процессе эксплуатации простыми механическими средствами, например, регулируемыми заслонками. Смесь воды с активным илом перетекает в первичный отстойник 4 и далее медленно опускается в нижнюю, так называемую аноксидную зону первичного отстойника 4 (с дефицитом кислорода, но живым и высококонцентрированным аэробным активным илом). Поскольку, при этом происходит нижнее «подсасывание» сточных вод с активным илом из первичного отстойника 4 в аэротенк 3, образуется второй большой рециркуляционный круг 25: из аэротенка 3 в первичный отстойник 4 - сверху, из первичного отстойника 4 в аэротенк 3 - снизу. Большое количество активного ила, попадающего вместе с осадком на дно первичного отстойника 4, в условиях аноксидной зоны теряет растворенный кислород и активизирует процессы денитрификации. При высокой концентрации биомассы активного ила в придонной области отстойника 4, выделяется большое количество ферментов, что также способствует разложению трудноокисляемых органических соединений и другие биохимические реакции, требующие в дальнейшем изъятия кислорода из нитритов и нитратов для окисления углерода при ферментативном разложении органических загрязнений. Также в периоды отсутствия поступления стоков, в том числе и в ночное время, происходит процесс самоокисления части бактерий активного ила и, следовательно, резко снижается периодичность принудительной откачки избыточного активного ила, что очень актуально для частных домов.

В рабочем режиме через зауженную горловину 19 пузырькового дозатора - аэрослива, порции очищенной воды поступают во входное колено U-образной трубы 17. Пузырьки воздуха, подаваемые инжектором 18 во входное колено U-образной трубы 17, отталкивают любые частички и биообразования от пузырькового дозатора - аэрослива, не пропуская их на выход из установки. Регулирование скорости отводимой очищенной воды можно производить изменением количества воздуха, подаваемого к инжектору 18. Чем больше образуется во входном колене U-образной трубы 17 пузырьков воздуха, тем выше частота пульсаций большого блокирующего пузыря под входной горловиной на вход-выход малых пузырей, и тем меньше жидкости они пропускают импульсно вниз - на выход из устройства. Причем, когда давление столба воды, находящейся над входным коленом U-образной трубы 17 пузырькового дозатора - аэрослива, недостаточно для проталкивания воды в горловину 19 через большой пульсирующий пузырь с частотой входа-выхода малых пузырей, амплитуда пульсаций снижается и аэрослив не работает на пропуск воды и блокирует отверстие горловины. Этим обеспечивается сохранение стабильного нижнего уровня сточных вод в установке до поступления новой единовременной порции сточных вод и поднятия уровня воды по всему зеркалу воды резервуаров. В «штатном» режиме пузырьковый дозатор - аэрослив работает только как крупнопузырчатый аэратор-очиститель верхней зоны вторичного отстойника 5 от всплывающей биологической пленки при флотационных процессах денитрификации, когда биомасса всплывает вместе с пузырьками азота и углекислого газа, при этом отвода очищенной воды на выход станции очистки не происходит. Снабжение пузырькового дозатора - аэрослива вертикальной трубой 20 аварийного перелива, примыкающей к его выходному колену в зоне 21 выхода очищенной воды из устройства, с верхним концом, расположенным в зоне максимального уровня воды во вторичном отстойнике 5, позволяет исключить переполнение устройства очищенной жидкостью и обеспечивает ее безаварийную работу в любых условиях поступления сточных вод.

При поступлении большого объема сточных вод, как изображено на фиг. 2 и 5, уровень воды в приемном аэротенке 3 и первичном отстойнике 4 повышается, сохраняя циркуляцию по малому кругу 24 в аэротенке 3 и усиливая рециркуляцию по большому кругу 25 из входного аэротенка 3, через «условно» щелевые отверстия 7 в верхней зоне перегородки 6, в первичный отстойник 4 и обратно - в нижней зоне 8 под перегородкой 6. При этом по закону сообщающихся сосудов очищаемая вода начинает поступать во вторичный отстойник 5 через нижнюю зону 10 перегородки 9 из входного аэротенка 3. Далее пузырьковый дозатор - аэрослив начинает работать на медленное и равномерное выведение очищенной воды из установки. Очищенная вода с частотой входа-выхода пузырьков, импульсно обтекает по стенкам входного колена U-образной трубы пульсирующий большой блокирующий пузырь под зауженной горловиной 19, и попадает в зону 21 выхода из аэрослива. Скорость протекания воды имеет малую зависимость от подъема уровня воды над выходом аэрослива.

Скорость рециркуляции большого круга 25 в приемном аэротенке 3 и первичном отстойнике 4 пропорциональна объему поступающей жидкости на очистку и также зависит от формы условно щелевых отверстий 7. Совместная работа аэрослива с рециркуляцией воды по большому кругу 25 позволяет регулировать скорость циркуляции в устройстве в зависимости от объема единовременно поступающей на очистку сточной жидкости и скорости медленно отводимой из установки очищенной воды. Т.е. в исходном состоянии («штатном» режиме), показанном на фиг. 1, рециркуляция на минимальном значении, уровень воды постоянный, отвода воды из станции нет. Как только единовременная порция сточных вод поступает в приемный аэротенк 3, условно щелевые отверстия 7 с минимального уровня заполняются при повышении уровня в устройстве, рециркуляционный канал большого круга 25 от этого увеличивается, и скорость рециркуляции резко возрастает. Пузырьковый дозатор-аэрослив далее медленно и равномерно отводит воду из вторичного отстойника 5, а поднявшийся ранее уровень воды медленно понижается, рециркуляционный канал в «условно» щелевых отверстиях 7 большого круга 25 пропорционально уменьшается. Следовательно, медленно снижается скорость рециркуляции. При снижении уровня воды до минимума, скорость рециркуляции также снижается до минимального значения. При этом от скорости рециркуляции зависит количество взвешенного активного ила, который начинает активно работать при поступлении сточных вод, а «успокаивается» после определенного времени их обработки в придонной области первичного отстойника 4. Скорость циркуляции пропорциональна объему поступающих сточных вод, при этом степень пропорциональности можно регулировать формой «условно» щелевых отверстий 7. По мере пропуска воды аэросливом на выход из установки, уровень воды в устройстве медленно снижается до установленного минимума.

Поскольку все сообщающиеся емкости компактного устройства для аэробной биологической очистки биомассой взвешенного активного ила с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемой очищаемой сточной воды, а именно: приемный аэротенк 3, активационный первичный отстойник 4 и вторичный отстойник 5, являются сообщающимися сосудами, имеют самовыравнивающийся уровень очищаемых сточных вод, то не возникает избыточного давления на перегородки 6 и 9. Этим значительно упрощается конструкция корпуса 1 устройства. Также уменьшено до минимума количество технологических элементов и потребляемой энергии для рециркуляции. Сбор очищенной воды через аэрослив происходит самотеком и не требует расхода энергии. Все это в значительной мере влияет на долговременную надежность работы устройства, снижение эксплуатационных затрат, что очень актуально для частных домов.

Получаемый синергетический эффект от использования первого круга 24 циркуляции в аэротенке 3 и большого круга 25 рециркуляции из аэротенка 3 в первичный отстойник 4 и обратно в совокупности с работой пузырькового дозатора - аэрослива позволяет простейшими средствами решить задачу повышения эффективности работы установки при неравномерно поступающих стоках, значительного уменьшения расхода энергии, обеспечивая при этом высокое качество очищенной воды по всем биологически очищаемым загрязнениям.

При этом в данной установке появляется возможность использовать дистанционное управление процессом ночной аэрации, путем создания пауз в работе компрессора 11. Работа системы пузырькового дозатора-аэрослива после отключения компрессора 11 и прекращения подачи сжатого воздуха, приводит к уменьшению размеров блокирующего пузыря аэрослива, и он переходит на увеличенный проток. При этом, если произойдет поступление стоков, то начнется ускоренный отвод вытесняемой ранее очищенной воды из установки и временно повышенный уровень снижается до нижнего рабочего уровня. Поэтому, при отключении аэрации, даже спуск ванны в ночное время, не приведет к аварийному режиму. Управляемую ночную аэрацию по заданному алгоритму обеспечивают с помощью выносного блока управления, который можно расположить в доме с нормальными температурно- влажностными условиями, не меняя питающий электрокабель. Управляемая аэрация происходит при отключении питания компрессора 11 на определенные промежутки времени. Эти промежутки должны быть менее 30 минут, так как за это время биомасса активного ила полностью осаждается (седиментирует) ко дну резервуаров и теряет контакт с очищаемой водой. Программируемое устройство ночного управления аэрацией обеспечивает специальный ночной режим эффективной денитрификации. Учитывая практическое отсутствие поступления в ночное время органических загрязнений по физиологическим особенностям функционирования человека, обеспечивается специальный режим работы системы аэрации, при котором поддерживается активный ил во взвешенном состоянии и не увеличивается концентрация растворенного кислорода, так как большой уровень растворенного кислорода блокирует протекание ночью процессов биологической денитрификации. Активный ил поддерживается во взвешенном состоянии импульсами аэрации (длительностью от 15 секунд), обеспечивая контакт активного ила с очищаемой водой. Периодически повторяя импульсы аэрации с паузами в ночное время, можно интенсифицировать денитрификацию и поддерживать уровень кислорода на минимальном уровне, примерно 0,5 мг/л. Во всех известных системах биологической очистки аэрация в ночное время не имеет специального режима и при отсутствии стоков происходит насыщение воды кислородом, а это блокирует протекание денитрификации, так как при денитрификации кислород для окисления биомассы берет из нитритов и нитратов, а свободный растворенный кислород исключает этот процесс.

Использование данного способа позволяет значительно упростить устройство для аэробной биологической очистки неравномерно подаваемых сточных вод домашнего хозяйства взвешенным активным илом, с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции очищаемой сточной воды в зависимости от единовременно поступающих объемов неравномерно подаваемых сточных вод в индивидуальных и локальных бытовых установках очистки, при уменьшении себестоимости самих устройств, расхода энергии на обработку сточных вод и значительном повышении надежности работы и качества очистки сточных вод. Установка отличается простотой исполнения, экономичностью в работе и в обслуживании.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием данного изобретения заключается в значительном увеличении надежности функционирования, упрощении конструкции очистного сооружения и повышении эффективности очистки сточных вод за счет интенсификации методов биологического воздействия на сточные воды и специального ночного режима денитрификации, использования однорезервуарной компактной емкости с сообщающимися смежными камерами, движением сточных вод между ними под действием аэрации, циркуляционным и большим рециркуляционным кругами течения сточной воды, использование системы пузырькового дозатора - аэрослива для сглаживания неравномерной подачи сточных вод, повышения качества очистки по всему спектру биологически очищаемых загрязнений, уменьшении стоимости производства и монтажа очистного сооружения, при этом экологический результат достигается повышением качества очистки и снижением вероятности возникновения неприятного запаха при аварийных ситуациях.

Изобретение относится к аэробной биологической очистке хозяйственно-бытовых сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод на очистку и может быть использовано в отдельно стоящих зданиях, например частных домах, коттеджах, приусадебных домах и т.д. Изобретение содержит способ аэробной биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов, неравномерно подаваемых на очистку сточных вод домашних хозяйств, и устройство для его осуществления. Устройство для аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и ночным режимом денитрификации содержит расположенные в общем корпусе с пароизоляционной крышкой и сообщающиеся между собой приемный аэротенк с аэратором, первичный отстойник, далее вторичный отстойник, снабженный пузырьковым дозатором - аэросливом, для дозированного равномерного выведения очищенной воды за пределы установки, и расположенный в пароизолированном кожухе компрессор, приемный аэротенк и первичный отстойник связаны между собой перегородкой и выполнены сообщающимися в верхней и нижней зонах посредством отверстий в перегородке, при этом приемные аэротенк и вторичный отстойник разделены перегородкой с нижним отверстием. Изобретение обеспечивает значительное увеличение надежности функционирования, уменьшение эксплуатационных расходов, снижение энергозатрат на очистку сточных вод, упрощение конструкции очистного сооружения, повышение качества очистки сточных вод за счет интенсификации методов биологического воздействия на сточные воды. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и ночным режимом денитрификации, включающий предварительную очистку сточной воды аэробным активным илом в аэробной зоне накопительного приемного аэротенка посредством ее кругового движения, создаваемого аэратором, активизацию процессов ферментного разложения и окисления органических загрязнений, нитрификацию соединений аммонийного азота, подачу первично обработанных сточных вод в смеси с биомассой активного ила в первичный отстойник с продолжением процессов окисления органики, осаждение ко дну первичного отстойника с созданием зоны высококонцентрированного осадка живого активного ила, разложение трудноокисляемых органических соединений и снижение уровня кислорода, активизацию процессов денитрификации в живом высококонцентрированном осадке активного ила, процессы его самоокисления при конкуренции за питание и окислитель и далее окончательную обработку очищаемых вод во вторичном отстойнике с отделением биомассы активного ила и равномерным выведением очищенной воды посредством пузырькового дозатора-аэрослива, отличающийся тем, что предварительно обработанные в приемном аэротенке сточные воды подают в сообщающийся с ним первичный отстойник перетоком в верхней зоне перегородки, расположенной между ними, через условно щелевые отверстия, в которых средняя ширина минимум в два раза меньше высоты в перегородке, всегда заполненные на минимальном уровне в «штатном» режиме без подачи новых порций сточных вод, причем при поднятии уровня при единовременной подаче стоков на очистку увеличивается переток в первичный отстойник в верхней зоне перегородки, а обратно в приемный аэротенк сточные воды подают путем подсасывания в нижней зоне перегородки с образованием большого рециркуляционного круга вокруг разделяющей емкости перегородки, причем скорость рециркуляции по этому кругу регулируют гидроавтоматически, пропорционально объему единовременно поступающих сточных вод при подъеме уровня в резервуарах устройства с последующим медленным снижением скорости рециркуляции до минимально установленной по мере отвода очищенных стоков выходным пузырьковым дозатором-аэросливом, при этом при единовременном поступлении стоков обеспечивают повышение уровня кислорода и распределение активного ила по всему объему обрабатывающих сточные воды резервуаров, равномерную их обработку в аэробных условиях и затем при снижении уровня при отводе очищенной воды скорость рециркуляции снижают до установленного минимума, что способствует образованию зоны высокой концентрации биомассы в придонной зоне первичного отстойника и снижению в ней концентрации растворенного кислорода для активизации дополнительного процесса денитрификации и биологического разложения трудноокисляемых загрязнений.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ночное время устанавливает ночной режим денитрификации, отключая электропитание компрессора, при этом паузы аэрации не превышают тридцати минут для исключения полной седиментации активного ила, позволяющей поддерживать биомассу активного ила во взвешенном состоянии и при этом снижать концентрацию растворенного кислорода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропускную способность условно щелевых отверстий корректируют заранее, например, сдвижной диафрагмой из расчета производительности устройства и требуемых пропорций зависимости скорости рециркуляции от объема единовременно поступающих стоков.

4. Устройство для аэробной биологической очистки сточных вод взвешенным активным илом с гидроавтоматическим режимом регулирования скорости рециркуляции в зависимости от единовременных объемов неравномерно подаваемых сточных вод частных домов и ночным режимом денитрификации, содержащее расположенные в общем корпусе с пароизоляционной крышкой и сообщающиеся между собой приемный аэротенк с аэратором, первичный отстойник, далее вторичный отстойник, снабженный пузырьковым дозатором-аэросливом, для дозированного равномерного выведения очищенной воды за пределы установки, и расположенный в пароизолированном кожухе компрессор, отличающееся тем, что приемный аэротенк и первичный отстойник связаны между собой перегородкой и выполнены сообщающимися в верхней и нижней зонах посредством отверстий в перегородке, при этом приемные аэротенк и вторичный отстойник разделены перегородкой с нижним отверстием.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что отверстия в верхней зоне перегородки между приемным аэротенком и первичным отстойником выполнены условно щелевыми, в которых средняя ширина минимум в два раза меньше высоты в перегородке, при этом использование аэратора приемного аэротенка обеспечивает заполнение условно щелевых отверстий перегородки на минимальном уровне в штатном режиме без подачи новых порций сточных вод, а отверстие в нижней зоне перегородки выполнено любого профиля, не менее суммарной площади условно щелевых отверстий.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что условно щелевые отверстия выполнены с возможностью коррекции их формы с помощью, например, сдвижной диафрагмы.