СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2020 года по МПК C02F9/14 C02F3/30 C02F1/74 C02F3/06 C02F3/22 

Известны разнообразные способы, сооружения и устройства очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, включающие многоступенчатую анаэробно-аэробную обработку потока с использованием как прикрепленной, так и находящейся во взвешенном состоянии микрофлоры. Известны также разнообразные стационарные и передвижные устройства, станции и установки биологической очистки сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод от азота аммонийных соединений в армированном сталью пластиковом резервуаре, разделенном на 3 сообщающиеся камеры. Биофильтры в них расположены в первой и третьей камерах. Первая камера содержит анаэробные бактерии для удаления органических соединений. Во второй камере находится воздушный диффузор и аэробные бактерии для удаления азотсодержащих соединений. Третья камера включает узел насоса и выходной фильтр. Полученная очищенная вода избирательно отводится из третьей камеры через выпускное отверстие. (Патент US 8372274 B2, CO2F 3/06, 2013 г.).

Недостатками этого способа являются ограниченные функциональные возможности, поскольку он направлен на очистку сточных вод от азота аммонийных солей и не способствует удалению фосфатов, отсутствие в устройстве аэрационного блока не позволяет повысить качество очищенных стоков.

Известен способ и устройство очистки сточных вод из жилого дома. Устройство дополнительно содержит накопительную камеру для сточных вод, поступающих из дома, и дезинфицирующую камеру. Очистка от органических соединений и азотсодержащих веществ происходит в двух камерах, снабженных биофильтрами. Перекачка жидкости производится насосом (Патент US 5868927 A, CO2F 9/00, 1999 г.).

Недостатком этого способа служит многоступенчатость, сложность оборудования, использование дополнительно дезинфицирующих средств, повышение расходов на содержание системы, наличие неприятного запаха.

Известна малогабаритная установка для очистки сточных вод отдельных домов, жилых застроек, гостиниц и т.п., состоящая из аэрационной камеры, камеры осаждения и дезинфекционной камеры. Камера осаждения разделена на ряд функциональных отсеков (Патент ЕР 1451115 В1, C02F 3/1242, 2004 г.).

Недостатком указанной установки служит низкая эффективность очистки сточных вод из-за плохо организованной циркуляции потоков.

Известны способ и установка очистки сточных вод, предусматривающие накопление сточной воды, удаление фосфорных и азотсодержащих соединений, аэробную обработку микроорганизмами для захвата гетеротрофных бактерий в аэрационном отделении установки, доочистка от аутотрофных бактерий во втором аэрационном отделении. Таким образом поглощается азот и сероводород (Патент WO 2005026064 A1, C02F 3/1215? 2005 г.).

Недостатком указанного способа служит возможность затопления установки в случае отказа работы погружного насоса, обеспечивающего как прямой, так и обратный поток.

Известна трехступенчатая компактная установка очистки сточных вод для использования в домах и зданиях, не подключенных к городским канализационным сетям. В цилиндрической емкости из бетона реализуются процессы седиментации и биологической очистки стоков с помощью анаэробных и аэробных микроорганизмов. Предусмотрено хлорирование стоков после завершения анаэробного процесса очистки. Аэробный процесс очистки реализуется в следующем отсеке, куда подается воздух и создается турбулентность. Установка эффективна по очистки стоков от азотсодержащих соединений (Патент US 6406619 B1, CJ2F 3/1242, 2008 гг.).

Недостатком служит операция хлорирования стоков в процессе очистки, что повышает экологическую нагрузку и требует дополнительных решений по ее снижению.

Известен способ очистки аммоний содержащих сточных вод. Его реализуют в установке для очистки сточных вод с активным илом. Сначала с помощью аэробных окисляющих бактерий (АОБ) аммоний переходит в нитрит, а затем посредством анаэробных окисляющих бактерий (АМОКС) аммоний и нитрит преобразуются в элементарный азот. Способ обеспечивает полное удаление азота (Патент РФ 2477709, CO2F 3/30, 2013 г.).

Недостатком способа служит его малая эффективность по очистке сточных вод от фосфорных соединений и высокий расход кислорода. При этом ил теряет углерод и свою активность. Для сепарации легкой и тяжелой фракции ила необходим дополнительно гидроциклон.

Известна установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на нефтегазодобывающих платформах, терминалах и судах, представляющая собой модуль последовательно соединенных узлов: отстойника-усреднителя, устройства приема исходной сточной воды, анаэробного блока, блока мембранной фильтрации и вспомогательного оборудования. При этом анаэробный блок выполнен с возможностью подачи в него возвратного активного ила вместе со сточной водой из оксидного блока. Оксидный блок выполнен с возможностью подачи в него возвратного ила из мембранного блока и снабжен аэратором; блок мембранной фильтрации также снабжен аэратором и вакуумным устройством отвода очищенной воды на сброс. Установка надежна в эксплуатации и позволяет по качеству очистки выполнять требования существующих нормативных документов по концентрациям загрязняющих веществ (Патент РФ 2537611, C02F 9/14, 2015 г.). Однако установка металлоемкая, громоздкая и дорогостоящая, что ограничивает ее широкое применение для индивидуального использования в коттеджных поселках.

Известна установка биологической очистки бытовых сточных вод, содержащая последовательно расположенные по направлению движения потока накопитель-усреднитель, песколовку, два блока биологической очистки, третичный отстойник и систему технологических трубопроводов. Каждый из блоков биологической очистки содержит двухсекционный погружной барабанный биофильтр с плоскостной загрузкой и вторичный отстойник. Последний представляет собой открытую емкость, включающую 2-4 поперечных кассетных фильтра с закрепленной загрузкой из фракционированного цеолита и камер отстаивания. Количество отстойников в каждом блоке составляет от 1 до 3. Такое устройство позволяет быстро наращивать биомассу микроорганизмов и эффективно поглощать фосфор и азотсодержащие вещества (Патент РФ 2323891, CO2F 3/06, CO2F 9/00, 2008 г.).

Недостатком указанной системы служит отсутствие компактности, наличие сопротивлений движению жидкости по трубопроводам, значительное количество в устройстве отстойников, затрудняющих циркуляцию, наличие решеток-сит, требующих частой замены, неудобства в эксплуатации установки в условиях индивидуальных хозяйств.

Близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является малогабаритная установка для очистки сточных вод, состоящая из последовательно соединенных трех емкостей. Очистка стоков от фосфор- и азотсодержащих соединений и углеводородов происходит в указанной установке с помощью анаэробных и аэробных микроорганизмов и микроорганизмов активного ила (Патент DE 10041665 A1, C02F 3/1242, 2002 г.).

Недостатком установки служит то, что она собрана не в едином блоке и требует постоянного ухода при эксплуатации.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению служит мини установка для очистки сточных вод с малым потоком (от 1 до 8 м³/сутки), имеющая единый металлический корпус с крышкой. Внутренний объем разделен перегородками на отделения первичного отстаивания, отделения с анаэробными и аэробными микроорганизмами. Внутренняя рециркуляция очищенной воды с осадочным илом происходит между седиментационным отсеком и первичным осадочным отделением. Нагнетание воздуха между отделениями производится бесшумным компрессором малой мощности. В верхней части установки расположен аэратор с легкой загрузкой из полимерных материалов. Эффективность очистки находится в пределах 80-86% от первоначальных концентраций вредных веществ. (Патент US 6210578 В1; C02F 3/1242; 2001). Недостатком такой установки является то, что она выполнена из металла, и при постоянном контакте с агрессивной средой быстро выходит из строя. Придание ей коррозионной стойкости требует дополнительных затрат. Качество очищаемой воды по ряду показателей не удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям и нормам РФ.

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение габаритов, исключение металлических частей и узлов, размещение всех элементов устройства в единой цилиндрической емкости, выполненной из полимерного материала, стабильным функционированием устройства без вмешательства его владельца. Степень очистки бытовых сточных вод обеспечивается не менее чем на 98-99% по основным контролируемым параметрам (взвешенным веществам и БПК - ХПК).

Технический результат достигается тем, что очищаемую воду по заданному режиму циркуляции, обусловленному конструкцией устройства, разделенному на четыре камеры вертикальными перегородками, последовательно проводят через анаэробную и аэробные стадии обработки активным илом и микроорганизмами, обладающими различным ферментным дыханием. Обеспечение микроорганизмов кислородом производится аэрирующим устройством, позволяющим насыщать жидкость при распылении, возвращая ее в необходимых объемах на указанные стадии обработки с тем, чтобы жидкость с наибольшей эффективностью очищалась от содержащихся в ней органических веществ, фосфор и аммоний содержащих соединений, нитритов и нитратов.

Способ осуществляют следующим образом: Исходную сточную воду, предварительно очищенную от грубо дисперсных примесей, с показателями: взвешенные вещества, мг/л 281,9; азот аммонийный, мг/л 26,9; азот общий, мг/л 29-30; фосфаты 3,6 мг/л; БПК, мгО₂/л 77,2; ХПК, мгО₂/л 89,3 подают в камеру 1 (фиг. 2) на стадию анаэробной очистки, где в присутствии анаэробных бактерий плавающего ила (содержание 2,5-3,0 г/л за счет его частичного возврата из камеры 3 и аэратора 11) и растворенного кислорода не более 1,0 мг/л, происходит гликолиз легко окисляемых органических веществ, аммонолиз аммонийных солей и развитие фосфат-аккумулирующих микроорганизмов и, как следствие, биологическое поглощение фосфора до максимальных концентраций 0,18 мг/л. Это оказывается возможным, поскольку в камеру 1, помимо основного входящего потока жидкости, поступает периодически (по мере включения погружного насоса 5 в камере 3) 1/7-1/10 часть осветленного потока из аэратора, несущего с собой активный ил и повышающего содержание образующихся низкомолекулярных жирных кислот. При этом нагрузка на активный ил по БПК составляет 2,5-3,5 мгО₂/г. В процессе жизнедеятельности гетеротрофных анаэробных микроорганизмов имеет место ферментативный гидролиз углеводородов с образованием низкомолекулярных соединений, в частности простых линейных низкомолекулярных кислот и альдегидов, восстановление окисленных форм азота и потребление микроорганизмами в качестве питания фосфора (фосфатов). Возврат из аэратора некоторого объема очищенной воды необходимо для восстановления нитратного азота. Нагрузка на активный ил по азоту в пределах 3,5-4,2 мг/г.

Через переливное отверстие в камере 1 жидкость вместе с иловой частью из камеры 1 поступает в камеру 2, где имеется кассета 6 с биофильтрами и куда подается по шлангу 18 воздух от вынесенного компрессора так, чтобы поступающий кислород в наибольшей степени приходился на образующуюся биопленку на поверхности фильтров, расположенных в районе переливного отверстия из камеры 2 в камеру 3. Нагрузка на активный ил при этом достигает значений по БПК до 12 мгО₂/г. Здесь в камере 2 происходит аэробная стадия очистки жидкости. Концентрация растворенного кислорода в этой камере максимальная 4,0-4,5 мг/л. Смешанный биоценоз гетеротрофных и автотрофных микроорганизмов потребляет практически всю органическую часть сточных вод. Нагрузка на активный ил по азоту составляет 0,8-1,3 мг/г, по СПАВ - 0,15-0,25 мг/г. Оставшиеся после анаэробной стадии органические соединения полностью окисляются, интенсифицируются процессы перехода нитритов в нитраты и далее в свободный азот. Длительность аэробной стадии определяется нагрузкой на активный ил по азоту, поверхностно-активным веществам и жирам, некоторым циклическим трудноокисляемым органическим соединениям. На этой стадии практически на 80-90% жидкость очищается от указанных загрязнений (см. табл. 1).

Доочистка сточных вод происходит в камере 3, где также имеется кассета 6 с биофильтрами, расположенная в районе переливного отверстия из камеры 3 в камеру 4, и погружной насос 5, укрепленный на подвижной по вертикали полке с возможностью установки насоса в наиболее оптимальном положении. Насос предназначен для периодической подачи жидкости и ила в корзину с аэратором 11, где с помощью оригинального распылителя 13 жидкость и ил обогащаются кислородом воздуха, происходит равномерное орошение расположенной в корзине загрузки 12. Сток жидкости с загрузки устроен так, что основная ее часть возвращается обратно в камеру 3 (85-90%), и только 10-15% возвращается в камеру 1. На этой стадии обеспечивается концентрация растворенного кислорода в пределах 3,2-4,0 мг/л, что позволяет реализовать процессы доокисления некоторых оставшихся в жидкости трудно окисляемых органических соединений. Погружной насос 5 включается с помощью электрокоммутационного устройства при получении сигналов от датчиков уровня жидкости в камере. В результате доочистки состав воды приводится к нормативным показателям.

Очищенная от загрязнений жидкость с незначительными количествами ила поступает через переливное отверстие камеры 3 в камеру 4, где устроен усеченный к низу пирамидальный отстойник 9, в который сверху непосредственно входит патрубок 8 сливной трубы 10 для эвакуации очищенного стока наружу устройства. Вода, поступая в камеру 4, заходит в отстойник снизу, замедляется, накапливается в перевернутой усеченной пирамиде и освобождается от ила. Отводящий патрубок 8 при этом расположен по уровню от поверхности земли ниже подводящего патрубка 16, поэтому сток уходит из устройства самотеком. Однако на случай ситуаций, когда существует необходимость освободить камеру 4 от жидкости, предусмотрен вариант с помощью встраиваемого в отстойник погружного насоса 5 с автономным выводящим трубопроводом 10. Длительность процесса очистки хозяйственно-бытовых сточных вод 4 часа.

В таблице 2 представлены показатели качества очищенной воды и эффективность работы устройства по очистке бытовых сточных вод.

Таким образом, полученные данные по качеству очищенной сточной воды, конструкции устройства, трудовым и материальным затратам согласно предложенному способу в целом свидетельствуют о преимуществах по сравнению с известным способом (см. табл. 3).

Корпус предлагаемого устройства, выполненный из ударопрочного листового полипропилена, и отсутствие металлических узлов и деталей выгодно отличает его от прототипа, собранного в металлической емкости и насыщенного металлическими коррозионно активными перегородками. Срок службы предлагаемого устройства значительно выше, а энергоемкость на сборку и эксплуатацию ниже.

Полученные и представленные в таблицах данные свидетельствуют о том, что заявляемые показатели обеспечивают достижение качества очищенной воды по БПК, ХПК, соединениям азота, фосфора, трудноокисляемым органическим соединениям, соответствующим ПДК на сброс в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Группа изобретений относится к области очистки воды и предназначена для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод очистки от взвешенных веществ, соединений азота, фосфора и трудноокисляемых органических соединений. Способ включает подачу сточных вод, предварительно очищенных от грубодисперсных примесей, в камеру 1, на стадию анаэробной очистки в присутствии анаэробных бактерий плавающего ила с содержанием 2,5-3,0 г/л и растворенного кислорода не более 1,0 мг/л. Через переливное отверстие 7 сточные воды из камеры 1 вместе с иловой частью подают в камеру 3 на аэробную стадию очистки, осуществляемую при подаче воздуха от компрессора по шлангу 18 на кассете 6 с биофильтрами, расположенной в районе переливного отверстия 7. Затем осуществляют доочистку сточных вод в камере 3 на кассете 6 с биофильтрами, расположенной в районе переливного отверстия 7 в камеру 4. Часть осветленного потока, несущего с собой активный ил, из камеры 3 с помощью погружного насоса 5 подают в корзину аэратора 11 на орошение загрузки 12, откуда жидкость через отверстия в плитах 15 распределяется таким образом, что 10-15% потока возвращается в камеру 1, а 85-90% потока в камеру 3. Осветленный сток проходит окончательный отстой в пирамидальной усеченной части камеры 4 и выводится наружу устройства с помощью сливной трубы или погружным насосом 5. В другом воплощении обеспечивается устройство, представляющее собой цилиндрическую емкость с патрубками входа сточных вод и выхода осветленной воды, разделенную на четыре камеры вертикальными перегородками, в которых выполнены отверстия, через которые осуществляется циркуляция стоков внутри устройства. В верхней части устройства расположена корзина аэратора 11 с загрузкой 12 и плитой 15 с отверстиями для распределения стекающей по загрузке жидкости в камеры 1 и 3 устройства. Входящий патрубок расположен в камере 1 анаэробной очистки. Камера 2 аэробной очистки включает шланг 18 подачи воздуха от компрессора и кассету 6 с биофильтрами, расположенную в районе переливного отверстия 7 в камеру 3. Камера 3 доочистки включает кассету 6 биофильтра, расположенную в районе переливного отверстия 7 в камеру 4, а также погружной насос 5 для подачи части осветленного потока, несущего с собой активный ил, в корзину аэратора 11. Камера 4 содержит патрубок выхода осветленной воды и погружной насос 5. Группа изобретений обеспечивает снижение габаритов устройства, а также обеспечение качества очищенной воды по БПК, ХПК, соединениям азота, фосфора, трудноокисляемым органическим соединениям, соответствующим ПДК на сброс в водоемы рыбохозяйственного назначения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. Способ биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, включающий разделение потока на очищенную жидкость и твердую массу загрязнений, отличающийся тем, что подачу сточных вод, предварительно очищенных от грубодисперсных примесей, в камеру 1, на стадии анаэробной очистки в присутствии анаэробных бактерий плавающего ила с содержанием 2,5-3,0 г/л и растворенного кислорода не более 1,0 мг/л;

- подачу через переливное отверстие 7 сточных вод из камеры 1 вместе с иловой частью, где при подаче воздуха от компрессора по шлангу 18 на кассете 6 с биофильтрами, расположенной в районе переливного отверстия 7 в камеру 3, осуществляется аэробная стадия очистки;

- доочистка сточных вод осуществляется в камере 3 на кассете 6 с биофильтрами, расположенной в районе переливного отверстия 7 в камеру 4;

- при этом часть осветленного потока, несущего с собой активный ил, из камеры 3 с помощью погружного насоса 5 подают в корзину аэратора 11 на орошение загрузки 12, откуда жидкость через отверстия в плитах 15 распределяется таким образом, что 10-15% потока возвращается в камеру 1, а 85-90% потока в камеру 3;

- осветленный сток проходит окончательный отстой в пирамидальной усеченной части камеры 4 и выводится наружу устройства с помощью сливной трубы или погружным насосом 5.

2. Устройство для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, представляющее собой цилиндрическую емкость с патрубками входа сточных вод и выхода осветленной воды, разделенную на четыре камеры вертикальными перегородками, в которых выполнены отверстия, через которые осуществляется циркуляция стоков внутри устройства, отличающееся тем, что содержит в верхней части корзину аэратора 11 с загрузкой 12 и плитой 15 с отверстиями для распределения стекающей по загрузке жидкости в камеры 1 и 3 устройства; входящий патрубок расположен в камере 1 анаэробной очистки; камера 2 аэробной очистки включает шланг 18 подачи воздуха от компрессора и кассету 6 с биофильтрами, расположенную в районе переливного отверстия 7 в камеру 3; камера 3 доочистки включает кассету 6 биофильтра, расположенную в районе переливного отверстия 7 в камеру 4, а также погружной насос 5 для подачи части осветленного потока, несущего с собой активный ил, в корзину аэратора 11; камера 4 содержит патрубок выхода осветленной воды и погружной насос 5.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что переливные отверстия в перегородках между камерами расположены на разных уровнях так, что уровень переливного отверстии камеры 1 выше уровня переливного отверстия камеры 2, уровень переливного отверстия камеры 3 выше уровня переливного отверстия и сливного патрубка камеры 4, что обеспечивает циркуляцию жидкости в устройстве.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутри камер 2, 3 имеются кронштейны для крепления съемных кассет 6 с биофильтрами, а внутри камер 3 и 4 имеются съемные полки для крепления погружных насосов с возможностью регулирования глубины их погружения и извлечения в случае необходимости.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что снаружи цилиндрический корпус имеет обод 17 вдоль всей поверхности цилиндра для повышения прочности конструкции устройства.

6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что аэрационный модуль снабжен круглым плоским рассеивателем для орошения загрузки жидкостью, поступающей из камеры 3, при этом равномерное распределение стока по загрузке происходит за счет системы радиальных углублений на нижней поверхности рассеивателя.