Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод Российский патент 2020 года по МПК C02F3/00 C02F9/14 

Заявленное изобретение относится к сооружениям очистки сточных вод и предназначено для глубокой физико-химической и биологической (комбинированной) очистки производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод от взвешенных веществ, соединений азота, фосфора, поверхностно-активных веществ и других загрязнителей.

Известна конструкция вертикальных аэротенков - сооружений биологической очистки сточных вод, представляющих собой вертикальные цилиндрические аэробные биореакторы, диаметром от 2 до 4 метров и высотой более 9 метров, заглубленного или наземного исполнения. Впервые вертикальные аэротенки стали применяться в 80-х годах прошлого века в Германии, Англии и Канаде.

Модификацией заглубленного шахтного исполнения вертикальных аэротенков являются сооружения колонного типа (башенные аэротенки), представляющие собой резервуары высотой более 9 метров, устанавливаемые на открытом воздухе, либо в отапливаемом ангаре.

В СССР подобные сооружения, по большей части применялись для очистки промышленных стоков с высоким содержанием биохимического потребления кислорода (далее - БПК). В основном они были представлены вертикальными аэротенками в металлическом корпусе. Технологически башенные аэротенки делились на две части. В первой устанавливалась система пневматической аэрации, а во второй эрлифт или пропеллерный насос для циркуляции иловой смеси.

В первой части создавался нисходящий поток иловой смеси со скоростью от 1 до 2 м/с, увлекающий воздух из аэратора в нижнюю часть сооружения. Длительное пребывание воздуха в сточной воде при повышенном давлении обуславливало эффективное использование кислорода.

Также известны окситенки, в которых аэрация осуществляется газовоздушной смесью обогащенной кислородом при избыточном давлении, которые применялись для очистки высоконцентрированных промышленных сточных вод.

Такие компании как Kubota, Hitachi и Mitsubishi построили значительное количество вертикальных аэротенков в 1980-х и в 1990-х годах в Японии, поскольку им были предложены значительные налоговые льготы за экономию (более чем в 2 раза) потребляемой энергии при эффективной аэрации. Из-за дефицита земельных площадей в Японских городах вертикальные аэротенки изготавливались глубиной до 130 м.

В ноябре 2000 г. в США была введена станция очистки сточных вод «Golden Cheese», очищающая сильно загрязненные сточные воды молочного производства с колебаниями рН от 4 до 11 и скачками загрязнений до 5 раз, при поступление стоков в объеме 2650 м³/сут с концентрацией БПК 2700 г/м³, что эквивалентно стокам от города с численностью населения 135000 чел.

Система очистки на основе вертикальных аэротенков не только привела к значительной экономии капитальных и эксплуатационных расходов, но и позволила справиться с залповыми сбросами загрязнений при очень небольшой занимаемой площади - 1100 м², что составляет примерно 20% от площади, необходимой для традиционных сооружений.

Концентрация ила в вертикальных аэротенках составляет до 15 г/л; нагрузка на гравитационный илоотделитель - 2 м³/(м⋅ч); производительность по сточным водам масштабируется вплоть до крупных блочно-модульных очистных сооружений; количество отходящих газов от 5 до 10 раз ниже, чем у традиционных биологических очистных сооружений. Удельные энергозатраты на перенос кислорода от 0,3 до 0,5 кВт⋅ч/кг.

Минимальная занимаемая площадь, высокая энергоэффективность, устойчивость к залповым сбросам, надежность конструкции и простота эксплуатации - все эти факторы определяют целесообразность применения вертикальных аэротенков, как для очистки стоков от производственных предприятий, так и новых микрорайонов с плотной застройкой и высокими требованиями к надежности сооружений.

Из уровня техники известен реактор доочистки природных и сточных вод (патент на изобретение РФ №2200135 С2, опубликовано: 10.03.2003 г.). Реактор состоит в том, что содержит открытый резервуар коридорного типа, разделенный поперечными перегородками на камеры, трубу для впуска исходной воды и трубу для впуска обработанной воды, фильтрующие блоки, аэраторы, размещенные в каждой камере под фильтрующими блоками и у противоположных стенок резервуара в отсеках аэрации. Фильтрующие блоки, расположенные на границе отсека фильтрации и отсека аэрации, выполнены с боковой гранью, обращенной к отсеку аэрации из жестких ершей щетины или лески с шагом, на 10% меньшим диаметра ершей, все фильтрующие блоки снабжены центральной трубой на всю высоту блока и двумя крюками на верхней грани блока, по противоположным перегородкам вдоль коридора реактора закреплены рельсовые пути для перемещения балок с тросами и крюками, удерживающими ряд фильтрующих блоков.

Основным недостатком является низкая эффективность очистки в следствии кольматации ершовой загрузки и представление технического решения в виде открытого резервуара коридорного типа, с высоким выбросом вредных веществ в окружающую среду.

Предложенное к патентованию изобретение состоит из отдельных разборных унифицированных конструктивных блоков из стеклокомпозитных труб, соединенных между собой герметичными соединительными элементами, что позволяет значительно сократить объем выбросов газообразных веществ в атмосферу, а также выполнять резервуар в виде различных технологических схем биологической очистки.

Из другого наиболее близкого аналога, выбранного в качестве прототипа (патент на изобретение РФ №2155162 С1, опубликовано: 27.08.2000 г.) известен аэротенк-вытеснитель, который содержит корпус, разделенный перегородками на сообщающиеся последовательно коридоры, площади вертикальных поперечных сечений которых равны, пневматическую систему аэрации с фильтосами, размещенными на дне каждого коридора, ввод воды в виде суживающегося патрубка с жестко закрепленными в нем завихрителем, состоящим из четырех продольно расположенных пластин, торцевые поверхности которых подвергнуты друг относительно друга на 90°, ввод активного ила, выводы очищенной воды и ила, при этом корпус и перегородки соединены с дном дугообразными элементами.

Существенными недостатками вышеуказанного технического решения являются высокие энергозатраты на аэрацию активного ила при глубинах сооружений менее 9 метров.

Заявленное к патентованию изобретение содержит в своем объеме водо-воздушную смесь активного ила и сточных вод под избыточным давлением до 36 атмосфер, данное давление позволяет повысить эффективность поглощения кислорода воздуха до 80%, при увеличенной окислительной мощности сооружений от 2 до 4 раз, соответственно.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков аналога и прототипа, а техническим результатом - сокращение объема выбросов газообразных веществ в атмосферу, возможность выполнения резервуара в виде различных технологических схем биологической очистки, а также повышение эффективности поглощения кислорода воздуха до 80%, и увеличение окислительной мощности от 2 до 4 раз, соответственно.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что блочно-модульное сооружение очистки сточных вод, характеризующееся тем, что имеет герметичный корпус, состоящий из отдельных разборных унифицированных конструктивных блоков из труб, соединенных между собой поворотными участками и фитингами, выполненные в форме, по меньшей мере, одного коридорного, кольцевого, горизонтального, вертикального или наклонного резервуара с использованием герметичных соединительных элементов, поворотных участков и фитингов, содержащий в своем объеме водо-воздушную смесь активного ила и сточных вод под избыточным давлением до 36 атмосфер, при этом корпус снабжен подающим сточные воды или иловую смесь патрубком, отводящим иловую смесь или очищенные воду патрубком, системой аэрации иловой смеси, побудителем движения иловой смеси, устройством нагнетания газо-воздушной смеси, устройством очистки газообразных выбросов, герметичным люком для обслуживания технологического оборудования, насосом для рециркуляции иловой смеси.

Корпус выполнен из стеклокомпозитных или железобетонных блоков с сердечником из стеклокомпозита, углепластика, базальтопластика, пластмассы или из металла с футеровкой из инертного материала, обеспечивающим защиту металла от коррозии.

В качестве герметичных соединительных элементов выступают муфтовое соединение.

Муфтовое соединение выполнено разъемным из стеклокомпозита или стали и оборудовано эластичными уплотнительными элементами.

Муфтовое соединение выполнено в виде разъемного фланцевого соединения или в виде неразъемного сварного, клеевого соединения или ламинированного соединения или в виде неразъемного муфтового аксиального или биаксиального соединения.

Побудитель движения жидкости выполнен в виде механической мешалки, эжектора, эрлифта или погружного насоса.

В качестве газо-воздушной смеси для аэрации используют газо-воздушную смесь, обогащенную одним или несколькими газами, например, кислородом, азотом, углекислым газом, аммиаком.

Устройство нагнетания газо-воздушной смеси представляется собой пневматический, механический, эжекторный или эрлифтный диспергатор.

Сооружение дополнительно оборудовано флотатором или мембранным модулем фильтрации.

Заявленное изобретение поясняется чертежами 1-11.

На фиг. 1-3 показаны виды устройства карусельного типа.

На фиг. 4-5 показаны виды устройства коридорного типа.

На фиг. 6-8 показаны виды устройства циркуляционного типа с симультанной денитрификацией.

На фиг. 9-11 показан комплекс очистных сооружений с реализованной схемой биологического удаления фосфора за счет рециркуляции иловой смеси через зоны с различными кислородными режимами: анаэробную, акноксидную и аэробную.

Где:

1 - корпус из стеклокомпозитных труб;

2 - соединительный элемент;

3 - подающий сточные воды или иловую смесь патрубок;

4 - отводящий сточные воды или иловую смесь патрубок;

5 - система аэрации иловой смеси;

6 - побудитель движения иловой смеси;

7 - устройство нагнетания газо-воздушной смеси;

8 - устройство очистки газообразных выбросов очистных сооружений;

9 - герметичный люк;

10 - насос для рециркуляции иловой смеси;

11 - поворотные участки из стеклокомпозитных труб;

12 - стеклокомпозитный фитинг.

Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод, характеризующееся тем, что состоит из отдельных разборных унифицированных конструктивных блоков, выполненных из стеклокомпозитных труб, соединенных между собой герметичными соединительными элементами (2), выполненные в форме, по меньшей мере, одного коридорного, кольцевого, вертикального, горизонтального, наклонного резервуара, которые могут быть выполнены в разных вариациях, например, параллельно, змейкой и т.д., с использованием стеклокомпозитных поворотных участков и стеклокомпозитных фитингов, выполненных в форме коридорного или кольцевого резервуара, содержащего в своем объеме водо-воздушную смесь активного ила и сточных вод под избыточным давлением до 36 атмосфер, при этом содержит корпус из стеклокомпозитных труб (1), корпус снабжен подающим сточные воды или иловую смесь патрубком (3), корпус снабжен отводящим иловую смесь или очищенные воду патрубком (4), устройство оборудовано системой аэрации иловой смеси (5), побудителем движения иловой смеси (6), очистные сооружения содержат устройство нагнетания газо-воздушной смеси (7), устройство очистки газообразных выбросов очистных сооружений (8), снабжено герметичным люком для обслуживания технологического оборудования (9), насосом для рециркуляции иловой смеси (10), поворотными участками (11), выполненных из стеклокомпозитных труб, стеклокомпозитными фитингами (12) для соединения двух и более стеклокомпозитных труб.

При этом корпус выполнен из стеклокомпозита, например, из углепластика, базальтопластика, пластмассы.

При этом корпус выполнен из железобенных блоков с сердечником из стеклокомпозита, углепластика, базальтопластика, пластмассы.

При этом корпус выполнен из металла с футеровкой из инертного материала, обеспечивающим защиту металла от коррозии.

При этом в качестве герметичных соединительных элементов выступают муфтовое соединение.

При этом герметичное соединение выполнено разъемным из стеклокомпозита или стали и оборудовано эластичными уплотнительными элементами.

При этом герметичное соединение выполнено в виде разъемного фланцевого соединения.

При этом герметичное соединение выполнено в виде неразъемного сварного, клеевого соединения или ламинированного соединения.

При этом герметичное соединение выполнено в виде неразъемного муфтового аксиального или биаксиального соединения.

При этом побудитель движения жидкости выполнен в виде механической мешалки, эжектора, эрлифта или погружного насоса.

При этом аэрация осуществляется газовоздушной смесью обогащенной одним или несколькими газами, например, кислородом, азотом, углекислым газом или аммиаком.

При этом диспергатор газовоздушной среды использует пневматический, механический, эжекторный или эрлифтный способ растворения газов.

При этом биореактор дополнительно оборудован флотатором для отделения иловой смеси от очищенной жидкости и сгущения избыточного активного ила.

При этом биореактор дополнительно оборудован мембранным модулем фильтрации, например, ультрафильтрации, микрофильтрации или нанофильтрации для отделения иловой смеси от очищенной жидкости и сгущения избыточного активного ила.

При этом в качестве технологических элементов выступают одно или несколько сооружений из списка: решетка, песколовка, отстойник, илоотделитель, ацидофикатор, аэробный стабилизатор осадка, метантенк.

Устройство работает следующим образом.

Сточная вода поступает по подающему патрубку (3), оборудованному при необходимости запорной и регулирующей арматурой, внутрь герметичного корпуса (1), содержащего в своем объеме во до-воздушную смесь активного ила и сточных вод под избыточным давлением до 36 атмосфер. Стеклокомпозитный корпус состоит из отдельных разборных унифицированных конструктивных блоков из стеклокомпозитных труб (1), соединенных между собой герметичными соединительными элементами (2), выполненному в форме, по меньшей мере, одного коридорного, кольцевого, вертикального, наклонного или другой конструкции резервуара с использованием по необходимости стеклокомпозитных поворотных участков (11) и стеклокомпозитных фитингов (12), соединяющих две или более унифицированных конструктивных блока из стеклокомпозитных труб. Внутрь герметичного корпуса подается газо-воздушная смесь при помощи системы аэрации иловой смеси (5). Течение иловой смеси внутри сооружения при необходимости обеспечивается побудителем движения (6) и насосом для рециркуляции иловой смеси (10). За счет подачи и отведения сточных вод, аэрации, перемешивания и рециркуляции иловой смеси внутри герметичного корпуса создаются зоны с различными кислородными режимами: анаэробными, акноксидными, аэробными и другими необходимыми для биологической очистки сточных вод. Очищенная вода или иловая смесь отводятся по патрубку (4), оборудованному при необходимости запорной и регулирующей арматурой. Обслуживание технологического оборудования осуществляется герметичным люком (9). Подача газо-воздушной среды под избыточного давление осуществляется устройство нагнетания (7), а улавливание газообразных загрязняющих производится на устройстве очистки газообразных выбросов (8).

Таким образом, испытания опытного образца, при использовании предложенного к патентованию устройства показали, что достигается сокращение объема выбросов газообразных веществ в атмосферу, возможность выполнения резервуар в виде различных технологических схем биологической очистки, а также повышение эффективности поглощения кислорода воздуха до 80%, и увеличение окислительной мощности от 2 до 4 раз, соответственно.

Анализ совокупности всех существенных признаков предложенного изобретения доказывает, что исключение хотя бы одного из них приводит к невозможности полного обеспечения достигаемого технического результата.

Анализ уровня техники показывает, что неизвестно такое устройство, которому присущи признаки, идентичные всем существенным признакам данного технического решения, что свидетельствует о его неизвестности и, следовательно, новизне.

Вышеперечисленное доказывает также соответствие заявленного устройства критерию изобретательского уровня.

Предложенный объект уже был реализован в виде пилотного проекта, что свидетельствует о его промышленной применимости.

Заявленное изобретение относится к сооружениям очистки сточных вод и предназначено для глубокой физико-химической и биологической (комбинированной) очистки производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод от взвешенных веществ, соединений азота, фосфора, поверхностно-активных веществ и других загрязнителей. Блочно-модульное сооружение очистки имеет герметичный корпус, состоящий из отдельных разборных унифицированных конструктивных блоков из труб, соединенных между собой поворотными участками и фитингами, выполненный в форме, по меньшей мере, одного коридорного, кольцевого, горизонтального, вертикального или наклонного резервуара с использованием герметичных соединительных элементов, поворотных участков и фитингов. Корпус содержит в своем объеме водо-воздушную смесь активного ила и сточных вод под избыточным давлением до 36 атмосфер. Корпус снабжен подающим сточные воды или иловую смесь патрубком, отводящим иловую смесь или очищенные воду патрубком, системой аэрации иловой смеси, побудителем движения иловой смеси, устройством нагнетания газо-воздушной смеси, устройством очистки газообразных выбросов, герметичным люком для обслуживания технологического оборудования, насосом для рециркуляции иловой смеси. Технический результат: сокращение объема выбросов газообразных веществ в атмосферу, возможность выполнения резервуара в виде различных технологических схем биологической очистки, а также повышение эффективности поглощения кислорода воздуха до 80% и увеличение окислительной мощности от 2 до 4 раз, соответственно. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод, характеризующееся тем, что имеет герметичный корпус, состоящий из отдельных разборных унифицированных конструктивных блоков из труб, соединенных между собой поворотными участками и фитингами, выполненный в форме, по меньшей мере, одного коридорного, кольцевого, горизонтального, вертикального или наклонного резервуара с использованием герметичных соединительных элементов, поворотных участков и фитингов, содержащий в своем объеме водо-воздушную смесь активного ила и сточных вод под избыточным давлением до 36 атмосфер, при этом корпус снабжен подающим сточные воды или иловую смесь патрубком, отводящим иловую смесь или очищенные воду патрубком, системой аэрации иловой смеси, побудителем движения иловой смеси, устройством нагнетания газо-воздушной смеси, устройством очистки газообразных выбросов, герметичным люком для обслуживания технологического оборудования, насосом для рециркуляции иловой смеси.

2. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из стеклокомпозитных или железобетонных блоков с сердечником из стеклокомпозита, углепластика, базальтопластика, пластмассы или из металла с футеровкой из инертного материала, обеспечивающим защиту металла от коррозии.

3. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод по п. 1, отличающееся тем, что в качестве герметичного соединительного элемента выступает муфтовое соединение.

4. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод по п. 3, отличающееся тем, что муфтовое соединение выполнено разъемным из стеклокомпозита или стали и оборудовано эластичными уплотнительными элементами.

5. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод по п. 3, отличающееся тем, что муфтовое соединение выполнено в виде разъемного фланцевого соединения или в виде неразъемного сварного, клеевого соединения или ламинированного соединения или в виде неразъемного муфтового аксиального или биаксиального соединения.

6. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод по п. 1, отличающееся тем, что побудитель движения жидкости выполнен в виде механической мешалки, эжектора, эрлифта или погружного насоса.

7. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод по п. 1, отличающееся тем, что в качестве газо-воздушной смеси для аэрации используют газо-воздушную смесь, обогащенную одним или несколькими газами, например кислородом, азотом, углекислым газом, аммиаком.

8. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод по п. 1, отличающееся тем, что устройство нагнетания газо-воздушной смеси представляется собой пневматический, механический, эжекторный или эрлифтный диспергатор.

9. Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно оборудовано флотатором или мембранным модулем фильтрации.