Аэротенк Советский патент 1988 года по МПК C02F3/02 C02F3/12 

(21)3602663/23-26

(22)07.04.83

(46) 23.03.88. Бюл. № 11

(71)Всесоюзный заочный инженерно- строительный институт

(72)Б.Н. Репин (53) 628.356(088.8)

(56) 1. Авторское свидетельство СССР № 471309, кл. С 02 F 3/20, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 1270122, кл. С 02 F 3/02, С02 F3/12, 1982.

(54)(57) 1. АЭРОТЕНК, содержащий резервуар, разделенный перегородками на смесительную и вытеснительные камеры, распределительные и обводные лотки сточной воды и реагента, мелкопузырчатые диспергаторы постоянной интенси-вности, реактиваторы, илоуло- витель с иловыми эрлифтами, соединенный трубопроводами с воздушными нагнетателями базисной аэрации и нагнетателем кислородсодержащего газа управляемой аэрации, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса очистки сточных вод путем сокращения его продолжительности и уменьщения энергозатрат при одновременном улучшении качества очищенной воды, он снабжен противоточными колоннами переменного сечения с расширенной верхней частью, установленными в начале смесительной камеры и недоходящими до ее дна, прикрепленными к верхним кромкам колонн зонтами с гидрозатворами, в верхних расширенных частях колонн выполнены входные отверстия, в центральные части колонн введены диспергаторы нагнетателя кислородсодержащего газа управляемой аэрации, рециркуляЦИОННЫ14И насосами управляемой аэрации с напорными трубопроводами, имеющими концевые конические сужения, введенные в верхние расширенные части противоточных колонн, и с всасывающими трубопроводами, сообщающимися с реактиваторами перепускными патрубками со скошенной выходной кромкой, шарнирно прикрепленной к ним крышкой, сообщающими смесительную камеру с ре- активаторами, илоуловитель расположен вдоль продольной оси резервуара аэротенка с образованием двухкоридор- ных вытеснительных камер, в днище илоуловителя выполнены секционированные иловые приямки, в которые введены иловые эрлифты с воздушными трубопроводами, при этом лотки реагента установлены в начале двухкори- дорных вытеснительных камер и сообщены с вторым по направлению движения жидкости коридором этих камер, обводные лотки сточной жидкости присоединены к распределительному лотку и в них выполнены окна, расположенные выше уровня подачи сточных вод в аэротенк и сообщающие их с реактиваторами, кроме этого, нагнетатель кислородсодержащего газа снабжен аккумулирующей емкостью, через которую он присоединен к системе управляемой аэрации, а также трубопроводами, сообщающими емкость с противоточными колоннами и имеющими редукторы и управляемые клапаны пропорционального дозирования.

2. Аэротенк по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дискретным распределителем воздуха, содержащим корпус в форме обратного конуса с монолитным сердечником, ва(

(Л

со

00

ьо

00

to

4;:

лом и приводом дискретнот о вращения, а также с соединительной полостью в форме колена под прямым углом, сообщенной нижней частью, имеющей уплот1382824

нительную вставку, с трубопроводом базисной айрации, а верхней частью с воздушными требопроводами иловых эрлифтов.

1

Изобретение относится к биологической очистке бытовых и промьшлен- ных сточных вод активным илом.

Известен аэротенк для очистки сточных вод активным илом с исполь- зованием технического кислорода для аэрации (окситенк), содержащий зоны аэрации и илоотделения, заключенные в герметический напорный корпус II

Недостатками такого аэротенка являются значительные потери технического кислорода в атмосферу в период продувки системы, ингибирование про- ;цесса биохимического окисления за- ;грязнений сточных вод, связанное с перенасьщением рабочей среды газообразными продуктами метаболизма, например углекислым газом, перерасход энергоресурсов в натурных условиях работы, вызываемый инертной реакцией системы на динамично изменяющиеся нагрузки, а также сложность конструкции илоотделителя, снижающая надежность работы сооружения и затрудняю- 1дая его эксплуатацию. Известен также аэротенк, снабженный распределительным и обводными, сообщающимися с аэротенком посредст

вом окон,, лотками сточной воды и реагента, мелкопузырчатыми диспергато рами постоянной интенсивности, разделенный перегородками на смесительную и двухкоридорные вытеснительные зоны, реактиваторы, илоуловитель с иловыми эрлифтами, соединенный трубо проводами с воздушными нагнетателями базисной аэрации и нагнетателем кислородсодержащего газа управляемой аэрации.

Известный аэротенк обеспечивает проведение управляемых окислительных процессов очистки сточных вод при одновременном снижении энергозатрат Г21.

Недостатками его являются необхо димость подачи значительных количест

.-

-5

2510

15

20

30

- 35 .,.

в

45

воздуха системой управляемой аэрации для обеспечения процесса растворенным кислородом и создания мощных рециркуляционных потоков иловой смеси и ступенчатое регулирование управляемой аэрации по кислороду, исключающее возможность ее плавного управления в соответствии.с колебаниями притока. Кроме того, конструкция днища ило- уловителя, выполненная в виде, серии глубоких конусных приямков, удорожает строительство сооружения, особенно в мокрых грунтах.

Цель изобретения - повьшение экономичности процесса очистки сточных вод путем сокращения его продолжительности и уменьшения энергозатрат при одновременном улучшении качества очищенной воды.

Поставленная цель достигается тем, что аэротенк, содержащий резервуар, разделенньй перегородками на смесительную и вытеснительные камеры, распределительные и обводные лотки сточной воды и реагента, мелкопузырчатые диспергаторы постоянной интенсивности, реактиваторы, илоуловители с иловыми эрлифтами, соединенный трубопроводами с воздушными нагнетателями базисной аэрации и нагнетателем кислородсодержащего газа управляемой аэрации, снабжен противоточными колоннами переменного сечения, установ- леннь1ми в начале смесительной камеры и не доходящими до ее дна, с входными отверстиями в верхних расширяющихся частях, к наружным кромкам которых прикреплены зонты с гидрозатворами, / причем в сужающиеся центральные части противоточных колонн введены дис- пергаторы нагнетателя кислородсодержащего газа управляемой аэрации, и рециркуляционными насосами управляемой аэрации, напорные трубопроводы которых с концевыми коническими сужениями введены в верхние расширяющи-еся части противоточных колонн, а всасывающие трубопроводы - в реакти- ваторы, при этом аэротенк снабжен расположенными в продольных перегородках смесительной зоны в начале и в конце реактиваторов перепускными патрубками, выходная часть которых имеет скос под углом 60-80° и снабжена свободно падающей крышкой, шар- нирно закрепленной в верхней части перепускных патрубков. Днище илоуло- вителя, образованного двумя наклонны ми под углом 45-60° стенками, расположенными по продольной оси собствен но аэротенка с дополнительным образо ванием зон вытеснения, выполнено сек ционированным в виде иловьпс приямков с введенными в каждый иловой приямок иловыми эрлифтами, к нижней части которых присоединены воздушные трубопроводы. Кроме того, лотки реагента, установленные в начале двухкоридор- ных вытеснительных зон, сообщены с вторым по ходу движения жидкости коридором, а обводные лотки сточной воды, присоединенные к распределительному лотку, сообщаются с реакти- ваторами посредством окон, расположенных выше уровня окон подачи сточных вод в аэротенк, помимо эт.ого нагнетатель кислородсодержащего газа присоединен к системе управляемой аэрации через напорную аккумулирующую емкость, к которой в свою оче ,редь присоединены трубопроводы, сооб щающиеся с противоточными колоннами и снабженные редуктором и управляемыми клапанами пропорционального дозирования .

Кроме этого, аэротенк снабжен дис кратным распределителем воздуха, сообщающимся с присоединенными к нижним частям иловых эрлифтов воздушными трубопроводами и содержащим прижимные устройства и конический корпус (угол конусности 8-12°) с монолитным сердечником и соединительной полостью в форме колена с углом 90°, нижняя часть которой соединена с воздушным трубопроводом базисной аэрации через уплотнительную вставку,, а верхняя посредством вала - с приводом дискретного вращения.

На фиг. 1 изображен аэротенк, вид в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг.1 на фиг. 4 - узел II на фиг. 1; на . фиг. 5 - узел III на фиг. 1.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Аэротенк содержит прямоугольный корпус аэротенка 1 снабженньй распределительным лотком 2 сточной воды, присоединенным к ободным лоткам 3 с окнами 4 и 5, расположенными на разных уровнях, и лотками 6 реагента, перегородки 7 разделяющие аэротенк на смесительную 8 и двухкоридорные вытеснительные 9зоны,реактиваторы 10, илоуловитель 11 с иловыми эрлифтами 12, оборудованный мелкопузырчатыми диспергаторами 13 постоянной интенсивности и соединенный воздушными трубопроводами 14 с воздушными нагнетателями 15 базисной аэрации и трубопроводами 16 кислородсодержащего газа, снабженными редуктором 17 и управляемыми клапанами 18 пропорционального дозирования, с нагнетателем 19 кислородсодержащего газа управляемой аэрации через напорную аккумулирующую емкость 20. Аэротенк содержит также противоточные колонны 2I переменного сечения, установленные в начале смесительной зоны и не доходящие до ее дна, с входными отверстиями 22 в верхних расширяющихся частях, к наружным кромкам которых прикреплены зонты 23 с гидрозатворами, причем в сужающиеся центральные части противоточных колонн введены диспергаторы 24 нагнетателя кислородсодержащего газа управляемой аэрации, а в верхние расширяющиеся части - концевые конические сужения 25 напорных трубопроводов 26 рециркуляционных насосов 27 управляемой аэрации, всасывающие трубопроводы 28 которых присоединены к реактиваторам, перепускные патрубки 29, расположенные в продольных перегородках смесительной зоны в начале и конце реактиваторов, входная часть которых имеет скос под углом 60-80 и снабжена свободно падающей крьнякой 30 с шарнирным закреплением 31 в верхней части перепускных патрубков, илоуловитель, днище которого, образованное двумя наклонными стенками 32 под углом 45-60° с дополнительным выделением зон вытеснения, выполнено секционированным в виде иловых приямков 33 с введенными в каждый иловой приямок иловыми эрлифтами, присоединенными к илоотводным лоткам 34, сообщающимися в свою очередь через впускные окна 35 с реактиваторами, лотки реагента, установленные в начале двухкоридорных вытеснительных зон и сообщающиеся с вторым по ходу движения жидкости коридором посредством отверстий 36; дискретный распределитель 37 воздуха, содержащий прижимные устройства 38 и конический корпус 39 с монолитным сердечником 40 и соединительной полостью 41 в форме колена с углом 90 , нижняя часть которой соединена с воздушным трубопроводом базисной аэрации через уплот- нительную вставку 42, а верхняя - посредством вала с приводом 43 дискретного вращения, успокоительную перегородку 44, водослив 45, а также выпускное отверстие 46 сточной воды и илоуплотнитель 47.

Аэротенк работает следуюЕ(им образом.

Сточные воды по распределительному лотку 2 сточных вод и обводным лоткам 3 через окна 4 поступают в смесительную зону 8, где смешиваются с активным илом, поступающим из реак- тиваторов 10 через расположенные в начале реактиваторов перепускные патрубки 29, свободно падающие крышки, которых открыты, а свободно падаю- крышки перепускных патрубков, расположенных в ксзнце реактиваторов, закрыты за счет некоторого повышения уровня жидкости в реактиваторах по сравнению с уровнем жидкости в смесительной зоне. Образовавшаяся иловая смесь аэрируется мелкопузырчатыми диспергаторами 13 постоянной интенсивности, соединенными воздушными трубопроводами 14 с воздушным нагнетателем 15 базисной аэрации, В процессе аэрации и движения смеси сточных вод С активным илом происходит растворение кислорода атмосферного воздуха, обеспечивающее аэробное биохимическое окисление загрязнений микроорганизмами активного ила.

В илоуловителе 11, рассчитанном на 30-40-минутное время отстаивания, основная масса активного ила концентрируется в иловых приямках 33, отку10

15

20

25

30

35

40

45

лость 41 и оттуда - к иловым эрлифтам: первому, четвертому, седьмому и т.д., включая их в работу. Через 10-20 мин привод 43 дискретного вра щения совершает поворот сердечника дискретного распределителя воздуха на 120 и фиксирует соединительную полость в следующем-рабочем положении, включая эрлифты: второй, пятый восьмой и т.д. Через следующие 1020 мин в работу аналогичным образом I включаются эрлифты: третий, шестой

девятый и т.д. Данная конструкция илоуловителя в сочетании с принципо дискретного регулирования работы иловых эрлифтов позволяет получать высококонцентрированную смесь возвратного ила за счет ее гравитацион ного самоуплотнения в иловых приямках, защищенных .от взмучивающего де ствия горизонтального потока жидкости, а попеременный отбор уплотненного ила из иловых приямков сводит к минимуму разрыхление структуры ил вого слоя во вре мя работы эрлифтов, практически полностью исключая эжек цию слабоконцентрированной иловой смеси.

Частично осветленную жидкость, с держашую избыточный активный ил в к личестве 10-20% от его начальной ко центрации, направляют в двухкоридор ные вытеснительные зоны 9, куда в случае необходимости по лоткам 6 ре агента подают раствор реагента для выделения из сточной жидкости биогенных элементов, например фосфора. В вытеснительных зонах происходит процесс биохимического доокисления остаточных загрязнений, а также улу шение седиментационных свойств избы точного активного ила за счет барбо тажа мелкопузырчатыми диспергаторам 13 постоянной интенсивности и нагне тателями 15 базисной аэрации. Так как концентрация активного ила в вы теснительных зонах минимальна (100- 150 мг/л), то эффект от применения реагентов может быть достигнут при

да иловыми эрлифтами 12 перекачивает- его дозах, в несколько раз меньших,

ся в илоотводные лотки 34, а оттуда через впускные окна 35 - в реактива- торы, осуществляя их зарядку.

При заданном фиксированном положении монолитного сердечника 40 диск- ретного распределителя 37 во.здуха сжатый воздух системы базисной аэрации поступает в соединительную по

лость 41 и оттуда - к иловым эрлифтам: первому, четвертому, седьмому и т.д., включая их в работу. Через. 10-20 мин привод 43 дискретного вращения совершает поворот сердечника дискретного распределителя воздуха на 120 и фиксирует соединительную полость в следующем-рабочем положении, включая эрлифты: второй, пятый, восьмой и т.д. Через следующие 1020 мин в работу аналогичным образом I включаются эрлифты: третий, шестой,

девятый и т.д. Данная конструкция илоуловителя в сочетании с принципом дискретного регулирования работы иловых эрлифтов позволяет получать высококонцентрированную смесь возвратного ила за счет ее гравитационного самоуплотнения в иловых приямках, защищенных .от взмучивающего действия горизонтального потока жидкости, а попеременный отбор уплотненного ила из иловых приямков сводит к минимуму разрыхление структуры илового слоя во вре мя работы эрлифтов, практически полностью исключая эжек- цию слабоконцентрированной иловой смеси.

Частично осветленную жидкость, со- держашую избыточный активный ил в количестве 10-20% от его начальной концентрации, направляют в двухкоридор- ные вытеснительные зоны 9, куда в случае необходимости по лоткам 6 реагента подают раствор реагента для выделения из сточной жидкости биогенных элементов, например фосфора. В вытеснительных зонах происходит процесс биохимического доокисления остаточных загрязнений, а также улучшение седиментационных свойств избыточного активного ила за счет барбо- тажа мелкопузырчатыми диспергаторами 13 постоянной интенсивности и нагнетателями 15 базисной аэрации. Так как концентрация активного ила в вытеснительных зонах минимальна (100- 150 мг/л), то эффект от применения реагентов может быть достигнут при

его дозах, в несколько раз меньших,

чем обычно. Скоагулированную взвесь вместе с очищенной сточной водой через выпускное отверстие 46 направляют в илоуплотнитель 47, осветленная вода из которого поступает на дальнейшую обработку или обеззараживание, а уплотнительный избыточньм ил - на утилизацию. В данном режиме работы

аэротенка, т.е. при сравнительно небольших нагрузках на сооружение, количество возвратного ила составляет в среднем 50% от расхода поступающих сточных вод, интенсивность базисной аэрации не превьшает 3,5-5,0 м воз- духа/м поверхности аэротенка, что при концентрации .активного ила в смесительной зоне 1-1,5 г/л достаточно для обеспечения окислительных потребностей процесса, а также для поддержания активного ила во взвешенном состоянии при минимальном уровне энергетических затрат.

В период увеличения притока сточных вод при соответственном повьаие- нии уровня жидкости в обводных лотках 3 происходит ее поступление помимо смесительной зоны в реактивато- ры 10 через окна 5, что обеспечивает начальное обескислороживание иловой смеси перед включением управляемой аэрации. В следующий момент производят включение одного из рециркуляционных насосов 27, обеспечивающего забор обескислороженной иловой смеси из соответствующего реактиватора по трубопроводу 28 и подачу ее по трубопроводу 26 в первую группу противо- точных колонн 21, примыкающих к данному реактиватору. При этом за счет некоторого повышения уровня жидкости в смесительной зоне по сравнению с уровнем жидкости в реактиваторах происходит открытие свободно падающей крышки 30 перепускных патрубков 29, расположенных в конце реактиваторов. при одновременном закрытии падающих крьшек перепускных патрубков, расположенных в начале реактиваторов, вследствие чего за счет сработки реактиваторов происходит увеличение рабочей дозы активного ила в смесительной зоне до 3-4 г/л при работе первой группы противоточных колонн, и до 4-6 г/л при работе двух групп противоточных колонн. Рециркуляционные насосы 27 высокой производительности и небольшого (5-10 м) напора, например, осевого или пропеллерного типа обеспечивают быстрое установление в смесительной зоне.необходимой концентрации активного ила за счет подачи циркуляционного расхода, в 3-5 раз превьш1ающего расход поступающих сточных вод. Включение в работу второй группы противоточных колонн

JQ

5

0

5

0

5

0

5

0

5

,производят аналогичным образом в случае залповых поступлений сточных вод.

Одновременно с включением одного или двух рециркуляционных насосов производят открытие одного или двух управляемых клапанов 18 пропорционального дозирования и кислородсодержащий газ, например технический кислород, предварительно с помощью нагнетателя 19 накопленный в напорной аккумулирующей емкости 20, поступает по трубопроводу 16 к диспер- гаторам 24, расположенным в сужающихся центральных частях противоточных колонн 21.

Быстрое окисление поступающих загрязнений в периоды увеличенного притока сточных вод достигается за счет создания мощных рециркуляционных потоков иловой смеси, осуществляющих направленное изменение гидродинамической структуры потока в смесительной зоне от режимов, близких к идеальному вытеснению, до режимов смешения, что, в свою очередь, обеспечивает равномерное распределение подаваемой нагрузки по всему объему сооружения, исключая таким образом локальное ингибирование процесса избытком питания. При этом активный ил, многократно проходя через рециркуляционные насосы, приобретает измельченную (гомогенизированную) структуру илового хлопка, что резко сокращает диффузионные сопротивления при ассимиляции органических загрязнений микробиальной клеткой, ускоряя окислительные процессы в несколько раз.

Пузырьки кислородсодержащего газа, стремясь подняться в верхнюю часть противоточной колонны, встречают про- тивоточный удар компактной струи подаваемой жидкости, дробятся на более мелкие и интенсивно растворяются. По мере растворения кислорода размеры отдельных пузырьков, архимедова (выталкивающая) сила и скорость их подъема уменьшаются, вследствие чего происходит их постепенное опускание в нижнюю расширяющуюся часть противоточной колонны, где они витают до полного растворения. Таким образом, весь объем противоточной колонны участвует в процессе растворения, причем в верхней ее части витают пузырьки, возраст которых ниже возраста пузырьков, витающих в нижней части противоточной колонны, при этом высокий эффект массопередачи в верхней части колонны стимулируется турбулентностью потока жидкости, а в нижней части - увеличением суммарной поверхности контакта водо-воздушной среды и гидростатического давления столба жидкости в колонне.

Использование противоточного ре- жима растворения технического кислорода, а также высокое парциальное давление кислорода на границе газ - жидкость обеспечивает поддержание концентрации растворенного кислорода в жидкости на уровне 15-20 мг/л, что позволяет получить дополнительный каталитический эффект в процессах окисления.

Контроль за подачей кислородсо- держащего газа в противоточных колоннах осуществляется по показаниям датчиков растворенного кислорода, установленных в конце смесительной зоны, импульс от которых поступает к исполнит ел ЬНЬПУ механизмам управляемых клапанов 18 пропорционального дозирования, в результате чего обеспечивается плавное регулирование окислительной способности управляемой аэрации. При необходимости временной подачи сравнительно больших количест кислородсодержащего газа весь рабочий объем противоточной колонны может быть временно заполнен, и начинается вынос газовьк пузырьков за ее пределы. В данном случае проскок кислорода ликвидируется за счет его улавливания зонтом 23 с гидрозатвором и вторичного эжектирования (эжек ционного вовлечения) через входные отверстия 22 и противоточную колонну что обеспечивает использование кислородсодержащего газа, близкое к 100%, в широком диапазоне варьирования его расходов.

Таким образом, аэротенк предлагаемой конструкции позволяет осуществ

5 о д ,

5

лять yпpaвJJяeмыe окислительные процессы высокоэффективной очистки сточных вод в условиях значительных увеличений нагрузок на сооружение за счет создания мощных рециркуляционных потоков иловой смеси, осуществляющих направленное изменение гидродинамической структуры потока в смесительной зоне от режимов, близких к идеальному вытеснению, до режимов смешения, что в свою очередь обеспечивает равномерное распределение подаваемой нагрузки по всему объему сооружения, исключая таким образом локальное ингибирование процесса избытком питания, за счет возможности изменения рабочих концентраций и регенерированного активного ила в аэро- тенке от 1,0-1,5 г/л до 4,0-6,0 г/л, т.е. в 4-6 раз, за счет возможности изменения размеров илового хлопка в сторону его измельчения в смесительной зоне для улучшения условий массопередачи и укрупнения его в вы- теснительных зонах для улучшения се- диментационных свойств избыточного активного ила, за счет увеличения рабочего объема аэротенка и одновременно длины пробега очищаемой сточной жидкости в 2-3 раза в период сработки реактиваторов, а также за счет обеспечения степени использования технического кислорода,близкой к 100%, при поддержании в смесительной зоне концентраций растворенного кислорода 15-20 мг/л, интенсифицирующих процесс биохимического окисления.

Указанные технологические возможности аэротенка предлагаемой конструкции позволяют сократить продолжительность процесса очистки в несколько раз при соответствующем сокращении рабочего объема и уменьшении расхода электроэнергии на 30-50% в условиях глубокой биологической очистки сточных вод.

Фиг.1

А-А

(Риг.З

i

Риг.