СПОСОБ ОЧИСТКИ ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД И СТАНЦИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК C02F9/14 C02F9/12 C02F3/30 

Область техники

Настоящая группа изобретений относится к биологической очистке сточных вод и более конкретно к способу и станции биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.

Уровень техники

Известен способ очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод по патенту на изобретение RU 2547734 С2 (МПК C02F 9/14, C02F 9/02, C02F 3/30, C02F 1/32, B01D 36/00, опубл. 10.04.2015). Известный способ включает очистку через самоочищающееся фильтрующее устройство для процеживания, усреднение потока воды и биологическую очистку с активным илом, разделение очищенной воды и активного ила с помощью погружных мембранных кассет с мембранными модулями, отделение пермеата насосом под действием слабого вакуума, подачу пермеата в резервуар чистой воды и, далее, самотеком на установку ультрафиолетового обеззараживания, отвод пермеата в водный объект, непрерывную аэрацию мембранных кассет с мембранными модулями с помощью группы воздуходувок, промывку и релаксацию мембранных модулей, периодическую профилактическую очистку и периодическую восстановительную очистку мембранных кассет.

К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие отдельной зоны для аэробной нитрификации с системой регулируемой подачи воздуха. Мембранные модули требуют определенной интенсивности аэрации, превышение которой влечет повреждение фильтрующей поверхности мембранных модулей, а снижение - быструю кольматацию отложениями фильтрующей поверхности мембранных модулей. Раскрытый в патенте RU 2547734 С2 способ не предусматривает возможности регулирования интенсивности аэрации для поддержания оптимальной концентрации кислорода в зависимости от содержания в воде загрязняющих веществ и активного ила. Кроме того, отсутствует устройство подогрева для поддержания температуры хозяйственно-бытовых сточных вод, оптимальной для жизнедеятельности активного ила, поскольку при температурных колебаниях поступающих на очистку хозяйственно-бытовых сточных вод стабильность процесса очистки не обеспечена. Отсутствует также возможность дозированной подачи подпиточного раствора для регулирования оптимального содержания в воде легкоокисляемой органики, необходимой для питания органотрофных микроорганизмов активного ила. Отсутствие возможности подачи активного ила в усреднитель может привести к загниванию органических соединений в исходных хозяйственно-бытовых сточных водах. Кроме того, в известном способе не реализована напорная подача очищенных сточных вод за пределы устройств очистки промышленных стоков, которая может быть обеспечена установкой дополнительного насоса, что привело бы к увеличению габаритных размеров устройств очистки. Отсутствие ультрафиолетового обеззараживания на стадии отвода пермеата из мембранных модулей в резервуар чистой воды может привести к биообрастанию резервуара чистой воды, при этом вода, подаваемая на обратную промывку мембран, будет содержать продукты биологической активности в резервуаре чистой воды. Отвод пермеата из мембранных модулей и промывка мембранных модулей разными насосами приводит к увеличению габаритных размеров устройств очистки. Также данный способ не предусматривает стабилизацию и обезвреживание активного ила перед обезвоживанием, что не обеспечивает экологическую безопасность.

Известна установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод по патенту на изобретение RU 2537611 С2 (МПК C02F 3/30, C02F 9/14, C02F 1/44, C02F 103/20, опубл. 10.01.2015). Установка содержит гидравлически последовательно соединенные отстойник-усреднитель с устройством приема исходной, сточной воды, анаэробный блок, выполненный с возможностью подачи в него возвратного активного ила вместе со сточной водой из оксидного блока, аноксидный блок, оксидный блок, выполненный с возможностью подачи в него возвратного ила из мембранного блока, блок мембранной фильтрации, снабженный аэрирующим устройством и вакуумным устройством отвода очищенной воды на сброс, а также вспомогательное оборудование.

При этом в установке не предполагается возможность дозированной подачи подпиточного раствора для регулирования оптимального содержания в воде легкоокисляемой органики, необходимой для питания органотрофных микроорганизмов активного ила. Кроме того, к недостаткам данного решения можно отнести отсутствие циркуляции активного ила в отстойник-усреднитель, что способствует загниванию органических соединений в исходных хозяйственно-бытовых сточных водах, а также отсутствие возможности дозированной подачи коагулянта в очищаемые хозяйственно-бытовые сточные воды для удаления фосфатов. Как отмечалось выше, отсутствие возможности поддержания оптимальной температуры хозяйственно-бытовых сточных вод может стать причиной нестабильности жизнедеятельности активного ила при температурных колебаниях поступающих на очистку хозяйственно-бытовых сточных вод. Отсутствие устройства дегазации препятствует производству учета очищенных сточных вод из-за недопустимой погрешности измерения прибора учета при прохождении через него водовоздушной смеси. Отсутствие ультрафиолетового обеззараживания на стадии отвода пермеата из мембранных модулей в резервуар чистой воды может привести к биообрастанию резервуара чистой воды, при этом вода, подаваемая на обратную промывку мембран, будет содержать продукты биологической активности в резервуаре чистой воды. Отвод пермеата из мембранных модулей и промывка мембранных модулей разными насосами приводит к увеличению габаритных размеров устройств очистки. Использование двух отдельных компрессоров для эрлифтов и аэрации в данном устройстве также приводит к увеличению его габаритных размеров. Кроме того, при использовании устройства не предусматривается выполнение этапов аэробной стабилизации, обеззараживания, реагентной обработки и обезвоживания избыточного активного ила, что не обеспечивает экологическую безопасность.

Описание сущности изобретения

Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются предотвращение загнивания органических соединений в исходных хозяйственно-бытовых сточных водах, обеспечение возможности регулирования содержания в воде легкоокисляемых органических веществ для питания органотрофных микроорганизмов активного ила, его стабильной жизнедеятельности при температурных колебаниях поступающих на очистку сточных вод и возможности учета очищенных сточных вод, обеспечение экологической безопасности продуктов и отходов очистки, при сохранении габаритных размеров станции очистки.

Техническим результатом настоящего изобретения, достигаемым при его осуществлении, является повышение степени очистки хозяйственно-бытовых сточных вод при уменьшении габаритных размеров станции очистки и повышении экологической безопасности получаемых при очистке отходов.

Указанная задача решается, а технический результат обеспечивается за счет того, что в предложенном способе очистки хозяйственно-бытовых сточных вод гидравлически последовательно осуществляют следующие этапы: механическую очистку поступающих хозяйственно-бытовых сточных вод в устройстве механической очистки, усреднение расхода и состава сточных вод и их обработку подпитывающим раствором из установки дозирования подпитывающего раствора в усреднителе или денитрификаторе, подогрев сточных вод, биологическую очистку сточных вод, включающую очистку сточных вод активным илом в денитрификаторе, аэротенке-нитрификаторе, мембранном биореакторе, разделение очищенной воды и активного ила посредством ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора, откачку очищенных сточных вод (пермеата) из мембранного биореактора, удаление из пермеата нерастворенного воздуха в устройстве дегазации и обеззараживание пермеата в установке ультрафиолетового обеззараживания, накопление обеззараженного пермеата в емкости очищенной воды. Причем в способе дополнительно осуществляют: периодическую откачку избыточного ила из мембранного биореактора, его стабилизацию и обеззараживание в аэробном стабилизаторе-уплотнителе, обезвоживание избыточного ила в устройстве обезвоживания ила и отвод обезвоженного ила, непрерывную аэрацию очищаемых сточных вод, осуществляя подачу воздуха компрессором в объем аэротенка-нитрификатора и ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора, непрерывную циркуляцию активного ила между денитрификатором, аэротенком-нитрификатором и мембранным биореактором, а также подачу активного ила из мембранного биореактора в усреднитель или аэротенк-нитрификатор. При этом отделение пермеата в мембранном биореакторе, подачу пермеата из емкости очищенной воды потребителю очищенной воды и периодическую подачу пермеата из емкости очищенной воды на обратную промывку ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора производят с применением одного вакуумного насоса.

Дополнительно способ может включать подачу в процессе биологической очистки сточных вод в усреднитель или аэротенк-нитрификатор подпитывающего раствора из установки подачи подпитывающего раствора, подачу в денитрификатор или аэротенк-нитрификатор подщелачивающего раствора из установки подачи подщелачивающего раствора, подачу в аэротенк-нитрификатор раствора коагулянта из установки дозирования коагулянта.

Дополнительно способ может включать проведение периодической промывки ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора и периодическую их обработку раствором гипохлорита натрия из установки дозирования раствора гипохлорита натрия или раствором лимонной кислоты из установки дозирования лимонной кислоты.

Дополнительно способ может включать обеззараживание избыточного ила в аэробном стабилизаторе-уплотнителе проводят обеззараживающим раствором реагента, подводимым из установки дозирования обеззараживающего раствора.

Дополнительно способ может включать проведение перед обезвоживанием избыточного ила его обработки раствором флокулянта, подаваемым из установки дозирования раствора флокулянта.

Кроме того, указанная задача решается, а технический результат обеспечивается за счет того, что станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод включает технологическую линию механическо-биологической очистки сточных вод, выполненную в виде последовательно соединенных устройства механической очистки, усреднителя, насоса подачи сточных вод на очистку, денитрификатора, аэротенка-нитрификатора, мембранного биореактора, вакуумного насоса, емкости очищенной воды (пермеата). При этом станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод дополнительно содержит устройство подогрева, устройство дегазации, установку ультрафиолетового обеззараживания в составе технологической линии механическо-биологической очистки сточных вод, установку дозирования подпитывающего раствора, подключенную к усреднителю и денитрификатору, установку дозирования подщелачивающего раствора, подключенную к денитрификатору и аэротенку-нитрификатору, установку дозирования раствора коагулянта, подключенную к аэротенку-нитрификатору, трубопровод обратной промывки ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора, установки дозирования раствора лимонной кислоты и раствора гипохлорита натрия, соединенные с трубопроводом обратной промывки ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора, узел стабилизации, обеззараживания и обезвоживания избыточного ила, выполненный в виде последовательно соединенных аэробного стабилизатора-уплотнителя, к которому подключена установка дозирования обеззараживающего раствора, насоса подачи избыточного ила на обезвоживание, к входу которого подключена установка дозирования раствора флокулянта, и устройства обезвоживания ила, компрессор воздуха, подключенный к аэротенку нитрификатору, мембранному биореактору и аэробному стабилизатору-уплотнителю, соединенное с усреднителем устройство возврата воды на очистку, к входу которого подключены выходы аэробного стабилизатора-уплотнителя и устройства обезвоживания ила. Причем станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод выполнена с возможностью осуществления циркуляции активного ила между денитрификатором, аэротенком-нитрификатором и мембранным биореактором, а также подачи активного ила из мембранного биореактора в усреднитель.

Заявленная группа изобретений поясняется на фиг., на которой показана принципиальная схема способа очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и станции для его осуществления, где числовыми и буквенными позициями обозначены:

1 - устройство механической очистки;

2 - усреднитель;

3 - насос подачи сточных вод на очистку;

4 - устройство подогрева;

5 - денитрификатор;

6 - аэротенк нитрификатор;

7 - мембранный биореактор;

8, 11 - узлы трубопроводной обвязки;

9 - вакуумный насос;

10 - устройство дегазации;

12 - установка ультрафиолетового обеззараживания;

13 - емкость очищенной воды (пермеата);

14 - компрессор воздуха;

15 - аэробный стабилизатор-уплотнитель;

16 - насос подачи ила на обезвоживание;

17 - устройство обезвоживания ила;

18 - установка дозирования подпитывающего раствора;

19 - установка дозирования подщелачивающего раствора;

20 - установка дозирования раствора коагулянта;

21 - установка дозирования раствора лимонной кислоты;

22 - установка дозирования раствора гипохлорита натрия;

23 - установка дозирования раствора флокулянта;

24 - установка дозирования обеззараживающего раствора;

25 - устройство возврата воды на очистку;

N - количество технологических линий;

Μ - количество мембранных модулей и сопутствующего оборудования, где Μ>Ν.

Осуществление изобретения

Заявленная станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, показанная на фиг. , включает технологическую линию механическо-биологической очистки сточных вод, состоящую из последовательно соединенных устройства механической очистки 1, усреднителя 2, насоса 3 подачи сточных вод на очистку, устройства подогрева 4, денитрификатора 5, аэротенка-нитрификатора 6, мембранного биореактора 7, вакуумного насоса 9, устройства дегазации 10, установки ультрафиолетового обеззараживания 12 и емкости очищенной воды (пермеата) 13.

Устройство механической очистки 1 может представлять собой грязевой фильтр гидроциклонного принципа действия с накопителем механических примесей, сетчатый фильтр, либо, в предпочтительном варианте осуществления, самоочищающееся щелевое сито с накопителем механических примесей. Указанное устройство 1 обеспечивает очистку хозяйственно-бытовых сточных вод от механических примесей крупнее 1,5 мм (максимальный линейный размер).

Усреднитель 2 включает в себя погружную мешалку и систему подачи циркуляционной воды от насоса 3 подачи сточных вод на очистку, выполненного с режущим механизмом для измельчения механических примесей, необходимым для предотвращения засорений технологических трубопроводов и повреждения ультрафильтрационных мембран мембранных модулей в мембранном биореакторе 7.

Устройство подогрева 4 представляет собой нагревательное и теплообменное оборудование, в предпочтительном варианте осуществления, с системой нагрева теплоносителя, возможностью подвода и отвода внешнего теплоносителя, системой поддержания заданной температуры хозяйственно-бытовых сточных вод и системой поддержания температуры теплоносителя.

В предпочтительном варианте осуществления в денитрификаторе 5 установлено устройство перемешивания иловой смеси для предотвращения образования донных иловых отложений.

Аэротенк-нитрификатор 6 оборудован системой аэраторов мелкопузырчатых, которая обеспечивает оптимальное перемешивание иловой смеси и насыщение воды кислородом. Аэратор мелкопузырчатый представляет собой каркас, покрытый эластомером с перфорациями в виде надрезов в зоне пропускания воздуха. В объеме аэротенка-нитрификатора 6 размещена полимерная подвижная плавающая или стационарно закрепленная загрузка для обеспечения развития на ней биопленки. Плавающая загрузка засыпается непосредственно в аэротенк-нитрифкатор или в сетчатый каркас, погруженный в аэротенк-нитрифкатор, а стационарно закрепленная загрузка крепится в объеме аэротенка-нитрификатора. В случае стационарно закрепленной полимерной загрузки для периодической ее очистки от излишков биопленки может быть использована система барботажа загрузки воздухом через перфорированные трубопроводы.

Мембранный биореактор 7 содержит установленные в нем ультрафильтрационные мембраны погружного мембранного модуля, а также барботер, представляющий собой систему перфорированных трубопроводов для аэрации.

В напорных трубопроводах вакуумного насоса 9 предусмотрены два узла трубопроводной обвязки 8 и 11, предназначенные для забора вакуумным насосом 9 пермеата из мембранных модулей мембранного биореактора 7 и емкости очищенной воды 13. Узлы трубопроводной обвязки 8 и 11 представляют собой систему из трубопроводов с запорной арматурой (краны шаровые или краны трехходовые, или затворы поворотно-дисковые, или задвижки клиновые), предпочтительнее с электроприводом.

Устройство дегазации 10 может быть выполнено в виде цилиндрической герметичной емкости с тангенциальным вводом водо-воздушной смеси, при этом вывод нерастворенного воздуха может быть осуществлен из верхней части устройства дегазации 10 через поплавковый воздухоотводчик, а вывод пермеата - из нижней конической части устройства дегазации 10.

Станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод дополнительно включает также ряд вспомогательного оборудования, охарактеризованного ниже.

Установка дозирования подпитывающего раствора 18 подключена к усреднителю 2 и денитрификатору 5.

Установка дозирования подщелачивающего раствора 19 подключена к денитрификатору 5 и аэротенку-нитрификатору 6.

Установка дозирования раствора коагулянта 20 подключена к аэротенку-нитрификатору 6.

Установки дозирования раствора лимонной кислоты 21 и раствора гипохлорита натрия 22 соединены с трубопроводом обратной промывки ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора 7.

Узел стабилизации, обеззараживания и обезвоживания избыточного ила включает в себя последовательно соединенные аэробный стабилизатор-уплотнитель 15, к которому подключена установка дозирования обеззараживающего раствора 24, насос 16 подачи избыточного ила на обезвоживание, к всасывающему трубопроводу которого подключена установка дозирования раствора флокулянта 23, и устройство обезвоживания ила 17.

Аэробный стабилизатор-уплотнитель 15 снабжен аэратором для аэрации воздухом избыточного ила. При этом аэратор может быть выполнен в виде каркаса, покрытого эластомером с перфорациями в виде надрезов в зоне пропускания воздуха.

Станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод включает также компрессор воздуха 14, подключенный к аэротенку нитрификатору 6, мембранному биореактору 7 и аэробному стабилизатору-уплотнителю 15, и соединенное с усреднителем 2 устройство возврата воды на очистку 25, к входу которого подключены выходы аэробного стабилизатора-уплотнителя 15 и устройства обезвоживания ила 17.

Устройство обезвоживания ила 17 может представлять собой установку мешкового обезвоживания путем гравитационного фильтрования водной фазы через вертикальные стенки мешков под атмосферным давлением, либо может быть выполнено в виде шнекового дегидратора. Устройство возврата воды на очистку 25 может представлять собой приямок для сбора воды, оборудованный погружными насосами, направляющими воду в усреднитель 2.

В возможных вариантах компоновки станции очистки хозяйственно-бытовых сточных вод большой производительности может быть установлено более одной технологической линии (на фиг. N - количество технологических линий), при этом в каждой из N технологических линий может быть размещено Μ мембранных модулей и сопутствующего оборудования, где Μ>N.

Дополнительные насосы либо эрлифты (на фиг. не показаны) обеспечивают возможность циркуляции активного ила между денитрификатором 5, аэротенком-нитрификатором 6 и мембранным биореактором 7, а также подачу активного ила из мембранного биореактора 7 в усреднитель 2.

Заявленный способ очистки хозяйственно-бытовых сточных вод гидравлически последовательно осуществляют следующим образом.

На первом этапе проводят механическую очистку хозяйственно-бытовых сточных вод.

Исходные хозяйственно-бытовые сточные воды подают в устройство механической очистки 1 для очистки от крупнодисперсных механических примесей. Механические примеси из устройства механической очистки 1 направляют в аэробный стабилизатор-уплотнитель 15 для последующего обеззараживания и обезвоживания (на фиг. не показано).

Очищенные от крупнодисперсных механических примесей хозяйственно-бытовые сточные воды подают в усреднитель 2, в котором происходит усреднение потока сточных вод по количественному и качественному составу. Усреднение потока достигается путем принудительного перемешивания находящихся в усреднителе 2 и вновь поступающих в усреднитель 2 хозяйственно-бытовых сточных вод. Перемешивание хозяйственно-бытовых сточных вод в усреднителе 2 проводят погружной мешалкой и системой подачи циркуляционной воды от насоса 3 подачи сточных вод на очистку, которая также выполняет функцию взмучивания осадка для предотвращения образования иловых отложений на дне усреднителя 2.

Из усреднителя 2 хозяйственно-бытовые сточные воды насосом 3 подачи сточных вод на очистку направляют в устройство подогрева 4 с целью достижения оптимальной температуры хозяйственно-бытовых сточных вод для обеспечения повышения скорости протекания биологических процессов очистки сточных вод. Устройство подогрева 4 используют при температуре хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающих в денитрификатор 5, ниже +18°С.

Далее проводят этап биологической очистки сточных вод, включающую очистку сточных вод активным илом в денитрификаторе 5, аэротенке-нитрификаторе 6 и мембранном биореакторе 7. Процесс проходит при непрерывной аэрации очищаемых сточных вод, осуществляемой подачей воздуха компрессором воздуха 14 в объем аэротенка-нитрификатора 6 и ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора 7.

Нагретые в устройстве подогрева 4 до оптимальной температуры, находящейся для целей настоящего изобретения в диапазоне 20-28°С, хозяйственно-бытовые сточные воды направляют в денитрификатор 5. В трубопроводе подачи хозяйственно-бытовых сточных вод в денитрификатор 5 может проводиться измерение расхода поступающих сточных вод посредством счетчика-расходомера для контроля, коммерческого учета, расчета параметров технологического процесса, таких как производительность насосов-дозаторов реагентов, производительность контуров циркуляции активного ила. На данном этапе в денитрификаторе 5 проводят процесс анаэробной биотической трансформации окисленных форм азота из сточных вод до газообразного состояния и перемешивание иловой смеси для предотвращения образования донных иловых отложений.

При низком содержании в поступающих на очистку хозяйственно-бытовых сточных вод легкоокисляемых органических веществ, необходимых для питания органотрофных микроорганизмов активного ила, предусмотрено введение подпитывающего раствора установкой дозирования подпитывающего раствора 18 в усреднитель 2 или денитрификатор 5. В этом случае подпитывающий раствор дозируют в количестве 20-200 мг/дм³ при условии несоблюдения баланса содержания питательных и загрязняющих веществ в поступающих на очистку хозяйственно-бытовых сточных водах: на каждые 100 мг/л БПКполн (биологическое потребление кислорода (полное)) должно быть добавлено не менее 5 мг/дм³ азота N и 1 мг/дм³ фосфора Р.

При низком значении показателя рН поступающих на очистку хозяйственно-бытовых сточных вод, определяемом с помощью портативных либо встроенных в технологическую линию датчиков рН, предусмотрено введение подщелачивающего раствора установкой дозирования подщелачивающего раствора 19 в денитрификатор 5 или аэротенк-нитрификатор 6. Благодаря этому достигается повышение эффективности очистки сточных вод за счет повышения кинетики биологических процессов в щелочной среде (при высоких значениях рН), а также нейтрализация кислых соединений, полученные при гидролизе коагулянта в воде. Подщелачивающий раствор дозируется в денитрификатор 5 или аэротенк-нитрификатор 6 в количестве 20-100 мг/дм³ для обеспечения значения рН до 8,4 в сточных водах на стадии нитрификации в случае поступления на очистку хозяйственно-бытовых сточных вод со значением рН ниже 7,2. Подщелачивающий раствор дозируется при дозировании коагулянта в очищаемые сточные воды в количестве более 8 мг/дм³ по активному веществу (оксид алюминия). Содержание растворенного в хозяйственно-бытовых сточных водах кислорода в денитрификаторе 5 не должно превышать 1 мг/дм³.

Из денитрификатора 5 хозяйственно-бытовые сточные воды поступают самотеком в аэротенк-нитрификатор 6, оборудованный системой аэраторов мелкопузырчатых, которая обеспечивает оптимальное перемешивание иловой смеси и насыщение воды кислородом. Для сохранения качественного и количественного состава органотрофного биоценоза в объеме аэротенка-нитрификатора 6 используют полимерную подвижную плавающую или стационарно закрепленную загрузку, на которой развивается биопленка. При применении стационарно закрепленной полимерной загрузки осуществляют периодическую очистку полимерной загрузки от излишков биопленки с использованием системы барботажа загрузки воздухом через перфорированные трубопроводы. Содержание растворенного в хозяйственно-бытовых сточных водах кислорода в аэротенке-нитрификаторе 6 должно поддерживаться в количестве 2-4 мг/дм³. Воздух для аэрации и барботажа подают компрессором воздуха 14 или от внешнего источника воздуха по воздухопроводу (на фиг. не показан), при этом подача воздуха может регулироваться и контролироваться контрольно-измерительным прибором, например, ротаметром либо счетчиком расходомером. Доза активного ила в аэротенке-нитрификаторе 6 должна поддерживаться в количестве 2-6 г/дм³.

При наличии загрязнения хозяйственно-бытовых сточных вод фосфатами, определяемом на основании лабораторных контрольно-химических анализов состава сточных вод, и необходимости удаления данного загрязнения в заявленном способе предусмотрена возможность обработки сточных вод раствором коагулянта, подаваемого в аэротенк-нитрификатор 6 установкой дозирования раствора коагулянта 20, например, на основе оксихлорида алюминия. Раствор коагулянта дозируется в аэротенк-нитрификатор 6 в количестве 5-40 мг/дм³ по активному веществу (оксид алюминия) при условии содержания фосфатов (по фосфору) в поступающих на очистку хозяйственно-бытовых сточных водах более 0,2 мг/дм³.

Из аэротенка-нитрификатора 6 сточные воды самотеком поступают в мембранный биореактор 7, где происходит концентрирование активного ила и отделение очищенных сточных вод (пермеата). На данном этапе производят доочистку хозяйственно-бытовых сточных вод за счет фильтрования иловой смеси через ультрафильтрационные мембраны погружного мембранного модуля, установленного в мембранном биореакторе 7. Перемешивание иловой смеси в объеме мембранного биореактора 7 и очистку ультрафильтрационных мембран обеспечивают подачей воздуха компрессором воздуха 14 или от внешнего источника воздуха (на фиг. не показан) по воздухопроводу через барботер, представляющий собой систему перфорированных трубопроводов. Количество воздуха для барботажа фильтрующих элементов мембранных модулей должно поддерживаться в количестве 0,33-0,67 м³/час на 1 м² номинальной площади фильтрующих элементов мембранных модулей, а рабочее трансмембранное давление поддерживают в диапазоне 15-30 кПа. Дозу активного ила в мембранном биореакторе 7 поддерживают в количестве 6-12 г/дм³.

При условии повышения трансмембранного давления свыше 30 кПа проводят реагентную промывку ультрафильтрационных мембран погружного мембранного модуля. Для окисления органической пленки, образующейся в результате жизнедеятельности активного ила на поверхности фильтрующих элементов мембранных модулей, осуществляют периодическую реагентную профилактическую промывку ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора 7 0,05%-ным (по активному хлору) раствором гипохлорита натрия с помощью установки дозирования раствора гипохлорита натрия 22.

Для растворения органических и неорганических отложений с активной поверхности фильтрующих элементов мембранных модулей осуществляют периодическую восстановительную реагентную промывку ультрафильтрационных мембран погружного мембранного модуля либо только 0,3%-ным (по активному хлору) раствором гипохлорита натрия из установки дозирования раствора гипохлорита натрия 22, либо последовательно осуществляют дополнительную промывку 2%-ньгм раствором лимонной кислоты из установки дозирования лимонной кислоты 21.

Кроме того, посредством узла трубопроводной обвязки 11 в напорном трубопроводе вакуумного насоса 9 обеспечивают подачу вакуумным насосом 9 пермеата из емкости очищенной воды 13 в мембранные модули мембранного биореактора 7 в режиме обратной промывки мембранных модулей мембранного биореактора 7. Расход воды через ультрафильтрационные мембраны погружного мембранного модуля в режиме обратной обеспечивают не превышающем 20% от расхода воды в режиме фильтрования.

Таким образом, в заявленном способе осуществлен периодический режим работы мембранных модулей: фильтрование, релаксация, обратная промывка. Причем на период релаксации ультрафильтрационных мембран погружного мембранного модуля воздухом, подаваемым компрессором воздуха 14, вакуумный насос 9 должен быть отключен.

Далее последовательно проводят разделение очищенной воды и активного ила в мембранном биореакторе 7, откачку очищенных сточных вод (пермеата) из мембранного биореактора 7, удаление из пермеата нерастворенного воздуха в устройстве дегазации 10 и обеззараживание пермеата в установке ультрафиолетового обеззараживания 12, а также накопление обеззараженного пермеата в емкости очищенной воды 13.

Фильтрование смеси активного ила и очищаемых сточных вод через ультрафильтрационные мембраны погружных мембранных модулей и отвод пермеата из мембранного биореактора 7 осуществляют при помощи вакуумного насоса 9, например, объемного типа. Процесс фильтрования смеси активного ила является периодическим. Фильтрование прекращается остановкой вакуумного насоса 9, после которой проводят очистку фильтрующей поверхности ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора 7 от отложений (релаксацию) в результате ее колебаний под действием воздуха, подаваемого компрессором воздуха 14.

На следующем этапе выполняют удаление из пермеата нерастворенного воздуха. Для этого в напорном трубопроводе вакуумного насоса 9 предусмотрено напорное устройство дегазации 10 для удаления воздуха, который поступает одновременно с пермеатом из мембранного биореактора 7 во всасывающий трубопровод вакуумного насоса 9 в режиме очистки воды.

Далее для предотвращения протекания биологических процессов в пермеате производят обеззараживание пермеата в установке ультрафиолетового обеззараживания 12, а также накопление обеззараженного пермеата в емкости очищенной воды 13. Для этого в напорном трубопроводе вакуумного насоса 9 предусмотрен узел трубопроводной обвязки 11, посредством которого обеспечивают подачу вакуумным насосом 9 пермеата из мембранных модулей мембранного биореактора 7 в установку ультрафиолетового обеззараживания 12, и, далее, в емкость очищенной воды 13 или по напорному коллектору в точку сброса в режиме очистки воды. Дозу ультрафиолетового (УФ) облучения в установке ультрафиолетового обеззараживания 12 поддерживают не менее 30 мДж/см² при коэффициенте пропускания водой УФ лучей 60%.

Кроме того, для повышения скорости в сетевом трубопроводе может быть осуществлена подача пермеата вакуумным насосом 9 в накопительную емкость или приямок (на фиг. не показаны) с последующей откачкой более производительными насосами в точку сброса для утилизации.

Забор пермеата из мембранных модулей мембранного биореактора 7 в режиме очистки воды и пермеата из емкости очищенной воды 13 в режиме обратной промывки мембранных модулей мембранного биореактора 7 осуществляют вакуумным насосом 9 через узел трубопроводной обвязки 8, установленный перед вакуумным насосом 9. Как отмечалось выше, отделение пермеата в мембранном биореакторе 7, подачу пермеата из емкости очищенной воды 13 потребителю очищенной воды и периодическую подачу пермеата из емкости очищенной воды 13 на обратную промывку ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора 7 производят с применением одного вакуумного насоса 9. Это позволяет более компактно разместить технологическое оборудование станции очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и сократить количество используемых насосов.

В процессе очистки хозяйственно-бытовых сточных вод периодически проводят откачку избыточного ила из мембранного биореактора 7, его стабилизацию и обеззараживание в аэробном стабилизаторе-уплотнителе 15, обезвоживание избыточного ила в устройстве обезвоживания ила 17 и отвод обезвоженного ила. Вышеперечисленные этапы проводят для получения безопасных отходов и сокращения их количества, что повышает степень экологичности заявленного способа.

Для стабилизации и обеззараживания избыточного ила в аэробном стабилизаторе-уплотнителе 15 избыточный ил повергают аэрации воздухом, поступающим от компрессора воздуха 14 через аэратор, а также последующему отстаиванию иловой смеси без аэрации воздухом, в результате которой происходит осветление воды и уплотнение избыточного ила. При этом в аэробном стабилизаторе-уплотнителе 15 поддерживают интенсивность аэрации избыточного ила не менее 6 м³/(м²*ч), а период аэрации избыточного ила - не менее 7 суток.

После завершения процесса осветления воды может быть осуществлен ее отвод из аэробного стабилизатора-уплотнителя 15 в усреднитель 2 посредством трубопровода подачи осветленной воды (на фиг. не показан).

После сброса осветленной воды из аэробного стабилизатора-уплотнителя 15 в усреднитель 2 выполняют обеззараживание избыточного ила обеззараживающим раствором реагента, который подают из установки дозирования обеззараживающего раствора 24, либо оператор станции может подавать обеззараживающий раствор порционно в аэробный стабилизатор-уплотнитель 15 вручную.

Подготовленный к обезвоживанию избыточный ил из аэробного стабилизатора-уплотнителя 15 подают насосом 16 подачи ила на обезвоживание в устройство обезвоживания ила 17.

Удаленную в процессе обезвоживания избыточного ила воду направляют из устройства обезвоживания ила 17 в устройство возврата воды на очистку 25, которое представляет собой, например, приямок для сбора воды с погружными насосами, направляющими воду в усреднитель 2.

Для повышения эффективности обезвоживания может быть произведена предварительная обработка иловой смеси раствором флокулянта, подачу которого осуществляют из установки дозирования раствора флокулянта 23 во всасывающий трубопровод насоса 16 подачи ила на обезвоживание в количестве 2-10 г сухого реагента на 1 кг сухого ила.

Дренаж от емкостного оборудования направляется в устройство возврата воды на очистку 25 (на чертеже не показано).

Для повышения эффективности процесса денитрификации и предотвращения загнивания органических веществ в поступающих на очистку сточных водах в способе осуществляют непрерывную циркуляцию активного ила из аэротенка-нитрификатора 6 в денитрификатор 5, из мембранного биореактора 7 в усреднитель 4, денитрификатор 5 и аэротенк-нитрификатор 6.

Указанную циркуляцию активного ила, а также перекачку избыточного ила в аэробный стабилизатор-уплотнитель 15 осуществляют дополнительным насосом либо эрлифтами (на фиг. не показаны). Обеспечение циркуляции активного ила из мембранного биореактора 7 в усреднитель 2 позволяет повысить качество очистки сточных вод за счет использования объема усреднителя для дополнительной денитрификации.

При реализации заявленного способа очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в заявленной станции очистки хозяйственно-бытовых сточных вод было получено качество очищенных хозяйственно-бытовых сточных вод, представленное в таблице.

Таким образом, заявленные способ очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и станция для его осуществления обеспечивают следующие преимущества перед известными из уровня техники аналогами:

- возможность дозированной подачи подпитывающего раствора для регулирования оптимального содержания в воде легкоокисляемых органических веществ, необходимых для питания органотрофных микроорганизмов активного ила;

- возможность циркуляции активного ила в усреднитель 2, что предотвращает загнивание органических соединений в исходных хозяйственно-бытовых сточных водах;

- возможность поддержания оптимальной температуры хозяйственно-бытовых сточных вод для обеспечения стабильной жизнедеятельности активного ила при температурных колебаниях поступающих на очистку сточных вод;

- повышение точности учета очищенных сточных вод при измерениях в приборе учета объемов проходящей через него водо-воздушной смеси благодаря наличию устройства дегазации 10 для удаления из пермеата нерастворенного воздуха;

- обеспечение ультрафиолетового обеззараживания пермеата на стадии отвода его из мембранного биореактора 7 в емкость очищенной воды 13, что препятствует биообрастанию емкости очищенной воды 13, попаданию этих продуктов биологической активности на мембранные модули при их обратной промывке;

- уменьшение габаритных размеров заявленной станции очистки за счет использования одного вакуумного насоса 9 для отвода пермеата из мембранных модулей и их промывки, а также использования одного компрессора воздуха 14 для аэрации аэротенка нитрификатора 6, мембранного биореактора 7 и аэробного стабилизатора-уплотнителя 15.

- возможность аэробной стабилизации, обеззараживания, реагентной обработки и обезвоживания избыточного активного ила для обеспечения экологической безопасности отходов очистки.

Вышеперечисленные отличительные признаки заявленной группы изобретений обеспечивают в совокупности достижение заявленного технического результата - повышение степени очистки хозяйственно-бытовых сточных вод при уменьшении габаритных размеров станции очистки и повышении экологической безопасности получаемых при очистке отходов.

Группа изобретений может быть использована для биологической очистки хозяйственно-бытовых и канализационных производственно-дождевых сточных вод. В способе очистки сточных вод последовательно осуществляют этапы механической очистки, усреднения расхода и состава сточных вод и их обработку подпитывающим раствором, подогрев, биологическую очистку активным илом в денитрификаторе, аэротенке-нитрификаторе, мембранном биореакторе, отделение очищенных сточных вод (пермеата) от активного ила и их откачку, дегазацию и обеззараживание пермеата и его накопление в емкости очищенной воды. Кроме того, проводят периодическую откачку избыточного ила из мембранного биореактора, его стабилизацию, обеззараживание и обезвоживание, непрерывную аэрацию очищаемых сточных вод, непрерывную циркуляцию активного ила между денитрификатором, аэротенком-нитрификатором и мембранным биореактором и подачу активного ила из мембранного биореактора в усреднитель. Станция очистки для осуществления способа очистки сточных вод включает последовательно соединенные устройство механической очистки, усреднитель, насос подачи сточных вод на очистку, устройство подогрева, денитрификатор, аэротенк-нитрификатор, мембранный биореактор, вакуумный насос, устройство дегазации, установку ультрафиолетового обеззараживания и емкость очищенной воды (пермеата). В состав станции очистки также входят установки дозирования подпитывающего раствора, подщелачивающего раствора, раствора коагулянта, раствора лимонной кислоты и раствора гипохлорита натрия, компрессор воздуха и устройство возврата воды на очистку. Узел стабилизации, обеззараживания и обезвоживания избыточного ила выполнен в виде последовательно соединенных аэробного стабилизатора-уплотнителя с установкой дозирования обеззараживающего раствора, насоса подачи избыточного ила на обезвоживание с установкой дозирования раствора флокулянта и устройства обезвоживания ила. Заявленная группа изобретений обеспечивает повышение степени очистки хозяйственно-бытовых сточных вод при уменьшении габаритных размеров станции очистки и повышении экологической безопасности получаемых при очистке отходов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, заключающийся в том, что гидравлически последовательно осуществляют следующие этапы:

- механическую очистку поступающих хозяйственно-бытовых сточных вод в устройстве механической очистки,

- усреднение расхода и состава сточных вод и их обработку подпитывающим раствором из установки дозирования подпитывающего раствора в усреднителе или денитрификаторе,

- подогрев сточных вод,

- биологическую очистку сточных вод, включающую очистку сточных вод активным илом в денитрификаторе, аэротенке-нитрификаторе, мембранном биореакторе,

- разделение очищенной воды и активного ила посредством ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора,

- откачку очищенных сточных вод (пермеата) из мембранного биореактора, удаление из пермеата нерастворенного воздуха в устройстве дегазации и обеззараживание пермеата в установке ультрафиолетового обеззараживания, накопление обеззараженного пермеата в емкости очищенной воды,

- периодическую откачку избыточного ила из мембранного биореактора, его стабилизацию и обеззараживание в аэробном стабилизаторе-уплотнителе, обезвоживание избыточного ила в устройстве обезвоживания ила и отвод обезвоженного ила,

- непрерывную аэрацию очищаемых сточных вод, осуществляя подачу воздуха компрессором в объем аэротенка-нитрификатора и ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора,

- непрерывную циркуляцию активного ила между денитрификатором, аэротенком-нитрификатором и мембранным биореактором, а также подачу активного ила из мембранного биореактора в усреднитель или аэротенк-нитрификатор,

при этом отделение пермеата в мембранном биореакторе, подачу пермеата из емкости очищенной воды потребителю очищенной воды и периодическую подачу пермеата из емкости очищенной воды на обратную промывку ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора производят с применением одного вакуумного насоса.

2. Способ очистки по п. 1, отличающийся тем, что в процессе биологической очистки сточных вод в усреднитель или аэротенк-нитрификатор подают подпитывающий раствор из установки подачи подпитывающего раствора, в денитрификатор или аэротенк-нитрификатор подают подщелачивающий раствор из установки подачи подщелачивающего раствора, в аэротенк-нитрификатор подают раствор коагулянта из установки дозирования коагулянта.

3. Способ очистки по п. 1, отличающийся тем, что проводят периодическую промывку ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора и периодическую их обработку раствором гипохлорита натрия из установки дозирования раствора гипохлорита натрия или раствором лимонной кислоты из установки дозирования лимонной кислоты.

4. Способ очистки по п. 1, отличающийся тем, что обеззараживание избыточного ила в аэробном стабилизаторе-уплотнителе проводят обеззараживающим раствором реагента, подводимым из установки дозирования обеззараживающего раствора.

5. Способ очистки по п. 1, отличающийся тем, что перед обезвоживанием избыточного ила проводят его обработку раствором флокулянта, подаваемым из установки дозирования раствора флокулянта.

6. Станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод для осуществления способа по п. 1, характеризующаяся тем, что она включает технологическую линию механическо-биологической очистки сточных вод, выполненную в виде последовательно соединенных: устройства механической очистки, усреднителя, насоса подачи сточных вод на очистку, устройства подогрева, денитрификатора, аэротенка-нитрификатора, мембранного биореактора, вакуумного насоса, устройства дегазации, установки ультрафиолетового обеззараживания, емкости очищенной воды (пермеата),

при этом станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод дополнительно содержит:

- установку дозирования подпитывающего раствора, подключенную к усреднителю и денитрификатору,

- установку дозирования подщелачивающего раствора, подключенную к денитрификатору и аэротенку-нитрификатору,

- установку дозирования раствора коагулянта, подключенную к аэротенку-нитрификатору,

- установки дозирования раствора лимонной кислоты и раствора гипохлорита натрия, соединенные с трубопроводом обратной промывки ультрафильтрационных мембран погружных мембранных модулей мембранного биореактора,

- узел стабилизации, обеззараживания и обезвоживания избыточного ила, выполненный в виде последовательно соединенных аэробного стабилизатора-уплотнителя, к которому подключена установка дозирования обеззараживающего раствора, насоса подачи избыточного ила на обезвоживание, к входу которого подключена установка дозирования раствора флокулянта, и устройства обезвоживания ила,

- компрессор воздуха, подключенный к аэротенку-нитрификатору, мембранному биореактору и аэробному стабилизатору-уплотнителю,

- соединенное с усреднителем устройство возврата воды на очистку, к входу которого подключены выходы аэробного стабилизатора-уплотнителя и устройства обезвоживания ила,

причем станция очистки хозяйственно-бытовых сточных вод выполнена с возможностью осуществления циркуляции активного ила между денитрификатором, аэротенком-нитрификатором и мембранным биореактором, а также подачи активного ила из мембранного биореактора в усреднитель.