Установка большой глубины для биологической очистки сточных вод Советский патент 1992 года по МПК C02F3/02 

Изобретение относится к биологической очистке городских и производственных сточных вод активным илом

Известна установка большой глубины для биологической очистки сточных вод, которая содержит приемное устройство, аэрационное устройство большой глубины с вертикальной направляющей трубой, циркуляционный насос, эжектор- аэратор с камерой смешения, вторичный отстойник, состоящий из проточной и осадительной частей, с лотками отвода очищенной жидкости, трубопровод подачи сточных вод, напорный и самотечный циркуляционные трубопроводы, трубопровод иловой смеси.

Недостатками установки являются высокая энергоемкость установки в связи с

наличием большого числа насосов (3 единицы), недостаточное качество очистки сточных вод в связи с отсутствием технических средств для очистки от такого сложного органического загрязнителя как пена (в состав пены входят органические загрязнители - синтетические поверхностно-активные вещества), а также в связи с отсутствием технических средств очистки от азота, содержащегося в сточных водах, одновременно недостаточно высокая степень использования вторичного отстойника в связи с неравномерным распределением потоков по его объему.

Цель изобретения - повышение качества очистки сточных вод и уменьшение энергозатрат.

ч|

(Л

о ю

00

ел

Сущность изобретения состоит в том, что установка, содержащая приемное устройство, аэрационное устройство большой глубины с вертикальной направляющей трубой, циркуляционный насос, эжектор-аэратор с камерой смешения, вторичный отстойник вертикального типа, состоящий из проточной и осади- тельной частей, с лотками отвода очищен- ной жидкости, трубопровод подачи сточных воД, напорный и самотечный тру- бопроводй, трубопровод иловой смеси, снабжена специальным пеносборником, позволяющим собирать пену с поверхности аэрационного устройства и направлять ее на дополнительную очистку активным илом. Эжектор-аэратор расположен над вертикальной направляющей трубой на расстоянии 1-2 диаметра камеры смешения - это способствует лучшему перемешиванию иловой смеси в объеме аэротенка, так как позволяет использовать в процессе перемешивания дополнительные внутренние гидравлические потоки, совместное потоками, образованными циркуляционным насосом. Процессы перемешивания способствуют лучшему насыщению иловой смеси кислородом воздуха. Одновременно за счет прохождения дополнительных гидравлических потоков скорость в вертикальной направляющей трубе возрастает, что способствует лучшему вовлечению пузырьков воздуха на глубину аэрационного устройства и препятствует образованию и всплытию цельного пузыря большого объема. Рабочими элементами вовлечения дополнительных гидравлических потоков являются: камера смешения эжектора-аэратора и верхний срез вертикальной направляющей трубы. Малый угол раскрытия водовоздушной струи (что соответствует расстоянию менее 1 диаметра камеры смешения) вовлекает недостаточное количество гидравлических потоков, слишком большой угол раскрытия струи (более 2 диаметров камеры смешения) рассеивает энергию вовлечения потоков за пределы вертикальной направляющей трубы. Устройство периферийного дегазатора -в верхней части аэрационного устройства препятствует проникновению пузырьков воздуха во вторичный отстойник, что повышает эффективность его работы. Тангенциальные подводки во вторичном отстойнике способствуют образованию медленных периферийных радиальных потоков, которые повышают эффективность работы вторичного отстойника путем коагуляции хлопьев активного

ила (т.е. образования более крупных агрегатных частиц), а также способствуют сгребанию осадка в отстойнике к центральной его части. Наличие корпуса в виде обратного усеченного конуса увеличивает эффективность работы вторичного отстойника путем коагуляции мелких хлопьев в слое взвешенного активного ила. Сквозные горизонтальные щели с кольцевым илосборным поясом

0 повышают коэффициент использования вторичного отстойника путем равномерного распределения гидравлических потоков по акватории вторичного отстойника, а также препятствуют кислородному голоданию

5 взвешенного слоя активного ила. Вертикальные ламинирующие насадки используют свойство эффективного остаточного илоразделения при ламинарных режимах течения жидкости. Трубопровод возвратно0 го активного ила верхним концом присоединен к верхнему срезу вертикальной направляющей трубы, имеющему цельный конфузор с насадкой. Это способствует образованию зоны высоких

5 скоростей (в насадке) и, одновременно, зоны недостаточного давления (между насадкой и верхним концом вертикальной направляющей трубы), которая является причиной возникновения движущей силы в

0 трубопроводе возвратного активного ила. В бескислородных условиях при подаче сточных вод с углеродсодержащими компонентами на загрузочном материале, помещенном в Приемное устройство, про5 исходит биосорбция (развитие) денитрифи- цирующей микрофлоры, которая способствует удалению азота из сточных вод. А струенаправляющие зоны способст- вуютулучшению процессов перемешивания

0 и интенсификации процессов массообмена между микрофлорой и очищаемой жидкостью, что, необходимо для поддержания высоких скоростей извлечения азота из сточных вод.

5 На фиг. 1 изображена установка большой глубины для биологической очистки сточных вод, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 - вторичный отстойник вертикального типа в аксономет0 рии; на фиг. 4 - приемное устройство, продольный разрез.

Установка содержит приемное устройство 1, аэрационное устройство 2 большой глубины с вертикальной направляющей тру5 бой 3 для перемешивания иловой смеси, циркуляционный насос 4 для перекачивания иловой смеси, эжектор-аэратор 5 с камерой 6 смешения для насыщения иловой смеси кислородом воздуха. Эжектор-аэратор 5 расположен непосредственно над вертикалькой направляющей трубой 3 на расстоянии 1-2 диаметра камеры 6 смешения. Вторичный отстойник 7 вертикального типа для разделения иловой смеси под действием гравитационных сил состоит из проточ- ной части 8 и осадительной части 9. Установка содержит также лотки 10 отвода очищенной жидкости и следующие типы трубопроводов: трубопровод 11 подачи сточных вод, напорный циркуляционный трубопровод 12, самотечный циркуляцией- ный трубопровод 13, трубопровод 14 иловой смеси. Эжектор-аэратор 5 выполнен совместно с коаксиальной конусной обечайкой 15, которая в верхнем замкнутом контуре имеет пеносборный пояс 16 со всасывающими отверстиями .17 и пеноотводящим трубопроводом 18 с устройством 19 вакуумного регулирования. Труба 3 снабжена конфузо- ром 20 с насадкой 21

Верхняя часть аэрационного устройства 2 выполнена с периферийным дегазатором 22, состоящим из кольцевого кармана 23 и размещенной в нем цилиндрической обечайки 24, нижняя кромка которой опуще- на ниже верхней кромки кольцевого кармана 23, к которому присоединены концы трубопроводов 14 иловой смеси (по меньшей мере двух), другой конец которых имеет тангенциальные подводки 25 под лотки от- вода очищенной жидкости вторичного отстойника 7 вертикального типа. В центральной проточной части 8 отстойника расположен корпус 26 в виде обратного усеченного конуса, в котором имеются сквоз- ные горизонтальные щели 27, ограниченные с наружнбй стороны кольцевым илосборным поясом 28, который посредством илосборного трубопровода 29 присоединен к трубопроводу 30 возвратно- го активного ила, одним концом опущенному в оса дительную часть вторичного отстойника 7, а другими закрепленному в верхней части вертикальной направляющей трубы 3. В приемное устройство 1 помещен загрузочный материал 31 для биосорбции денитрифицирующей микрофлоры. При этом в приемном устройстве расположены струенаправляющие перегородки - две горизонтальные перегородки 32 и 33 и одна верхняя наклонная перегородка 34, которые своими радиальными сторонами присо- единены к стенке и к вертикальной цилиндрической стойке 35 приемного устройства 1 с образованием струенаправляю- щих отсеков 36-38 верхнего, среднего и нижнего. В верхнем струенаправляющем отсеке установлен и развернут в сторону малого ее поперечного сечения и соосно с ним насадок 39 трубопровода подачи сточных вод, в среднем струенаправляющем от секе размещен соосно с сечением, но противоположно развернут насадок напорного циркуляционного трубопровода АО, а в нижнем струенаправляющем отсеке расположен соосно с сечением насадок самотечного циркуляционного трубопровода 41, развер нутый по направлению насадки трубопрово да 11 подачи сточных вод. Чтобы повысить эффективность работы вторичного отстойника 7 лотки отвода очищенной жидкости снабжены вертикальными ламинирующими насадками 42.

Установка работает следующим образом

По трубопроводу 11 подачи сточных вод

исходная жидкость подается в приемное устройство 1. где перемешивается с иловой смесью, поступающей по самотечному циркуляционному трубопроводу 13 из аэрационного устройства 2. Затем по напорному циркуляционному трубопроводу 12 с помощью циркуляционного насоса 4 иловая смесь поступает с повышенной ско ростью через сопло в камеру б смешения эжектора- аэратора 5, что обеспечивает разрежение и вызывает подсос атмосферного воздуха через специальный патрубок. Компактная струя иловой смеси жидкости, соударяясь с воздушным потоком, диспергирует воздух, увлекая его в камеру 6 смешения, образуя водовоздушную смесь, которая поступает в вертикальную направляющую трубу 3 и насыщается кислородом воздуха, где процесс переноса кислорода в жидкость интенсифицируется с ростом глубины аэрационного устройства 2. Вне вертикальной направляющей трубы 3 под действием архимедовой силы всплытия образуется эрлифтный эффект подъема иловой смеси, что уравновешивает энергетические затраты, связанные с подачей пузырьков воздуха на значительную глубину. При этом рабочий напор циркуляционного насоса 4 следует ограничить величиной потерь напора по длине трубопроводов 12 и 13 и величиной местных сопротивлений в гидравлической системе перемешивания. Эжектор-аэратор 5 расположен непосредственно над вертикальной направляющей трубой 3 на расстоянии 1-2 диаметра камеры 6 смешения. Малый угол раскрытия водовоздушной струи иловой смеси (что соответствует расстоянию менее одного диаметра камеры 6 смешения) вовлекает недостаточное количество гидравлических потоков, слишком большой угол раскрытия (более 2 дмаметров камеры 6 смешения) рассеивает энергию вовлечения гидравлических потоков за пределы вертикальной направляющей трубы 3. Таким образом, расположение эжектора-аэратора 5 над вертикальнфй направляющей трубой 3 способствует интенсивному перемешиванию иловой смеси в объеме аэраци- онного устройства 2, так как позволяет использовать дополнительные внутренние гидравлические потоки, совместно с потоками, образованными циркуляционным насосом 4 Интенсификация процессов перемешивания способствует лучшему насыщению иловой смеси кислородом воздуха. Одновременно, за счет вовлечения дополнительных гидравлических потоков скорость в вертикальной направляющей трубе 3 возрастает, что способствует лучшему вовлечению пузырьков воздуха на глубину аэрационного устройства 2 и препятствует образованию и всплытию цельного воздушного пузыря большого объема.

В процессе аэрации и перемешивания в аэрационном устройстве 2, имеющем большой объем и сравнительно малую поверхность, образуется значительное количество пены, которая по своей химической природе - сложное органическое вещество. Конструкция коаксиальной конусной обечайки 15, снабженной пеносборным поясом 16 со всасывающими отверстиями 17 и пе- ноотводящим трубопроводом 18с устройством 19 вакуумного регулирования обеспечивает возможность сбора пены с поверхности аэрационного устройства 2, а также ее отвода через камеру разрежения эжектора-аэратора 5 на дополнительную очистку активным илом, При этом величину вакуума в пеносборном поясе 16 и скорости прохода пены во всасывающих отверстиях 17 следует устанавливать с помощью устройства 19 вакуумного регули- ро.вания (например, задвижки), в зависимости от содержания пёнообразую- щих веществ (СПАВ и др) в сточных водах. Степень открытия-закрытия устройства 19 вакуумного регулирования должна быть оптимальной. Малое открытие влечет за собой недостаточный забор пены с поверхности аэрационного устройства 2. Слишком большое открытие устройства 19 отрицательно влияет на качество подаваемого для аэрации воздуха, так как в нем присутствует большой процент отработанных газов.

Насыщение иловой смеси кислородом воздуха способствует протеканию процессов очистки, а также образованию нитритов и нитратов (окисленных форм азота) при расщеплении азотсодержащих органических соединений

2NH4++302 2N02. + 2Н20 + 4Н+; 2N02 + 02 2NO3.

Удаление соединений азота из сточных

вод целесообразно производить в присутствии1 денитрифицирующей микрофлоры и органического углерода в бескислородных условиях и при интенсивном перемешивании. Иловая смесь с большим содержанием нитритов и нитратов по самотечному циркуляционному трубопроводу 13 поступает в приемное устройство 1, где размещен загрузочный материал 31 для биосорбции

(развития) денитрифицирующей микрофлоры. В бескислородных условиях приемного устройства 1 резко снижается количество растворенного в иловой смеси кислорода. Более того, в условиях подачи сточных вод

(по трубопроводу 11) с углеродсодержащи- ми компонентами протекает процесс денит- рификации - восстановление нитратов до газообразного азота с помощью микрофлоры по реакции

4МОз. +4Н++ 5СН20 - 5C02t+

+ 2N2 f+7H20.

0

5

0

0

5

Для поддержания высоких скоростей реакции - денитрификации в приемном устройстве 1 организовано интенсивное перемешивание. Поэтому насадок напорного циркуляцибнного трубопровода 40 и насадок самотечного циркуляционного трубопровода 41 развернуты в противоположные стороны так, чтобы организовать закрученные гидравлические потоки жидкости. Две горизонтальные струенаправляющие перегородки 32 и 33, которые своими радиальными сторонами присоединены к стенке и к вертикальной цилиндрической стойке 35 приемного устройства 1, образуют средний и нижний струенаправляющие отсеки 37 и 5 38. Это выполнено из расчета вовлечения в процессы перемешивания дополнительных гидравлических потоков, а также устранения возможности прямого попадания иловой смеси из трубопровода 13 в трубопровод 12, минуя контакт с денитрифицирующей микрофлорой, размещенной на загрузочном материале 31. Подача сточных вод осуществляется по трубопроводу 11 через насадок 39 в верхний струенаправля- ющий отсек 36, который ограничен горизон- тальной перегородкой 33 и верхней наклонной струенаправляющей перегородкой 34, а также стенкой и вертикальной цилиндрической стойкой 35 приемного устройства 1. Насадок 39 трубопровода подачи сточной воды развернут в сторону малого поперечного сечения верхнего струенаП- равляющего отсека 36 Поток подаваемой сточной воды, а также наклон верхней стру- енаправляющей перегородки 34 способствуют эжекции внутренних гидравлических потоков в верхний струе направляющий отсек 36, при этом в малом поперечном сечении его преобладают повышенные скорости, т.е. кинетическая составляющая энергии потока При выходе из струенап- равляющего отсека 36 энергия гидравлического потока жидкости приобретает по большей части потенциальную составляющую, одновременно наблюдается интенсивное хаотическое перемешивание исходной сточной воды с иловой смесью приемного устройства 1, что приводит к равномерным скоростям денитрификации в любой его точке

Разделение иловой смеси на очищенную жидкость и активный ил осуществляется во вторичном отстойнике 7 вертикального типа. Для эффективного разделения иловой смеси необходимо предварительно отделить от нее пузырьки ээрационного газа С этой целью верхняя часть аэрационного устройства 2 выполнена с периферийным дегазатором 22, состо- ящим из кольцевого кармана 23 и размещенной в нем цилиндрической обечайки 24, нижняя кромка которой опущена ниже верхней кромки кольцевого кармана 23 Подобная конструкция дегазатора препятствует попаданию пузырьков аэрационного газа по трубопроводам 14 иловой смеси под лотки 10 отвода очищенной жидкости Пропускная способность тру бопроводов 14 иловой смеси должна равняться исходному расходу сточных вод плюс расход активного или возвратного и избыточного Количество этих трубопроводов 14 - не менее двух, кроме того, они имеют тангенциальные подводки 25 под лотки 10 отвода очищенной жидкости в проточную часть 8 вторичного отстойника 7 Такой тип подводки способствует возникновению периферийных тангенциальных скоростей потока иловой смеси между стенкой проточной части 8 и корпусом 26 в виде обратного усеченного конуса, которые выполняют функцию медленного перемешивания и коагуляции иловой смеси, т.е. рбразования более крупных агрегатных частиц ила, более способных к осаждению за счет сил гравитации По ходу движения иловой смеси к нижнему отверстию корпуса 26 в виде обратного усеченного конуса поперечное сечение проточной части 8 увеличивается тангенциальная составляющая скоростей потш - иловой смеси падает, при этом происходит выпадение активного ила в осадок ко горим собирается в осадительной части 9 Трубой 5 ровод 30 возвратного активного ила одним концом опущен в осадительную часть 9 в го ричного отстойника 7, а другим закреплен в верхней части вертикальной направляющей трубы 3, которая снабжена цельным конфу 10 зором20с нёсадкой21. Поскольку в насадке 21 образуется зона повышенных скоростей то между насадкой 21 и верхним концом вертикальной направляющей трубы 3 орга низуется зона недостатдчТГого давления, ко- 15 торая является причиной возникновения движущей силы в трубопроводе 30 возвратного активного ила. Для обеспечения воз врата ила в аэрационное устройство 2 необходимо относительно небольшое зна- 0 чение гидродинамического напора-до 5 10 см водного столба С учетом того, что уровни жидкости в аэрационном устройстве 2 и вторичном отстойнике 7 практически одинаковы, в зоне недостаточного давления орга- 5 низуется разрежение до нескольких десятков сантиметров водного столба, что вполне достаточно для возврата активного ила из вторичного отстойника 7 по трубопроводу 30

0 Наиболее крупные частицы активного ила оседают в осадительной части 9, а наиболее мелкие попадают в корпус 26 в виде обратного усеченного конуса через его нижнее отверстие Поднимаясь вверх по ходу 5 движения воды, мелкие хлопья активного ила укрупняются, так как1 находятся в зоне взвешенного осадка, при этом их скорость подъема падает пропорционально увеличивающейся площади поперечного сечения 0 корпуса 26. Во взвешенном слое частицы активного ила, передвигаясь, соударяются, коагулируются с образованием более крупных хлопьев, которые выпадают в осадительную часть 9. Устройство сквозных 5 горизонтальных щелей 27 в корпусе 26, с наружной стороны ограниченных кольцевым илосборным поясом 28 с илосборным трубопроводом 29, способствует повышению эффективности работы отстойника пу- 0 тем равномерного распределения гидравлической нагрузки по всей площади корпуса 26 Одновременно происходит обмен старого застоявшегося слоя активного ила на более свежий Приток 5 растворенного кислорода в зону взвешенного активного ила увеличивается Активный ил в зоне перестает испытывать кислородное голодание и выносится из отстойника Кроме того в этой зоне происходит доокисление растворенных в сточной

воде загрязнений, что увеличивает эффективность работы предлагаемой установки большой глубины и приводит к высокому качеству очистки.

Очищенная вода собирается лотками 10 отвода очищенной жидкости, которые снабжены вертикальными ламинирующими насадками 42. В слое воды между насадками режим движения -- ламинарный, а это способствует эффективному выпадению в осадок мельчайших хлогТьев активного ила.

Таким образом, при прохождении жидкости через установку повышается качество очистки сточных вод за счет интенсивного перемешивания иловой среды в аэрацион- ном устройстве большой глубины, вызванного определенным размещением эжектора аэратора по отношению к вертикальной направляющей трубе, а также за счет наличия в конструкции установки технических средств борьбы с пенообразова- нием. Качество очистки сточных вод повышается во вторичном отстойнике за счет устройства специального корпуса с горизонтальными щелями и кольцевым илос- борным поясом, которые позволяют добиваться глубокой очистки сточных вод в слое вЗвешенн ого активного иЛа, а также за счет устройства периферийного дегазатора в аэрационном устройстве и вертикальных ламинирующих насадок. Уменьшения энергозатрат в предлагаемой конструкции установки добиваются за счет сокращения количества единиц насосных агрегатов до 1 шт . при этом насос многофункционален Он осуществляет подачу исходных сточных вод на установку, аэрацию и перемещение иловой смеси с помощью эжектора-аэратора, возврат активного ила из вторичного отстойника зй счет устройства конф зора и насадки, а также бмену слоя взвешенного активного ила и равномерного распределения гидравлической нагрузки по акватории корпуса отстойника. Улучшения очистки сточных вод путем уменьшения количества азота в них добиваются за счет размещения в приемном устройстве загрузочного материала для биосорбции денитрифицирующей микрофлоры и организации в приемном устройстве интенсивного перемешивания иловой смеси с исходной сточной водой, содержащей органический углерод. Конструкция предлагаемой установки предусматривает использование новых технологических элементов.

Формула изобретения 1 Установка большой глубины для биологической очистки сточных вод, содержащая приемное устройство, аэрационное устройство с вертикальной трубой, циркуляционный насос, эжектор-аэратор с камерой смещения, вторичный отстойник вертикэльного типа, состоящий из проточной и осади- тельной частей, с лотками отвода очищенной жидкости, трубопровод подачи сточных вод, напорный и самотечный циркуляционный трубопроводы, трубопровод

0 иловой смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения качества очистки сточных вод и уменьшения энергозатрат, эжектор-аэратор снабжен коаксиальной конусной обечайкой с пеносборным поясом,

5 выполненным со всасывающими отверстия- ми, пеноотводящим трубопроводом с устройством вакуумного регулирования, эжектор-аэратор расположен над вертикальной трубой на расстоянии 1-2 диаметра

0 его камеры смещения, аэрационное устройство снабжено размещенным в его верхней части периферийным дегазатором, выполненным в виде кольцевого кармана и размещенной в нем цилиндрической обечайки,

5 нижняя кромка которой опущена ниже верхней кромки кольцевого кармана, трубопроводы иловой смеси с одной стороны присоединены к карману, а с другой стороны снабжены тангенциальными

0 подводками, расположенными под лотками отвода очищенной воды вторичного отстойника, который снабжен расположенным в его центральной части корпусом, выполненным в форме обратного

5 усеченного конуса со сквозными горизонтальными щелями и кольцевым илос- борным поясом снаружи, а также илосборным трубопроводом и трубопроводом возвратного активного ила, сооб0 щенными с осадительной частью вторичного отстойника и верхней частью вертикальной направляющей трубы.

2, Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что она снабжена размещенными в

5 приемном устройстве вертикальной цилиндрической стойкой и загрузочным материалом для биосорбции денитрифицирующей микрофлоры со струенаправляющими перегородками - двумя горизонтальными и Од0 ной верхней наклонной, присоединенными к стенке и вертикальной цилиндрической стойке своими радиальными сторонами и образующими верхний средний и нижний струенаправляющие отсеки, при

5 этом трубопровод подачи сточных вод снабжен насадком, который установлен в верхнем струенаправляющем отсеке и развернут в сторону его малого поперечного сечения и соосно с ним, напор- ный циркуляционный трубопровод

снабжен насадком, который расположение среднем струенаправляющем отсеке соос- но с его сечением, но противоположно насадку трубопровода подачи сточных вод, самотечный циркуляционный трубопровод также снабжен насадком, который расположен в нижнем струенэправляющем отсеке

соосно с сечением и развернуто по мапряв лению насадка трубопровода подачи глоч ных вод

3. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что лотки отвода очищенной воды снабжены вертикальными ламинирующими насадками.

Изобретение используется в биологиче- скои очистке городских и производственных сточных вод активным илом Сущность изобретения: в установке большой глубины для биологической очистки сточных вод эжектор-аэратор выполнен совместно с ко аксиальной конусной обечайкой, снабжен пенбсборным поясом со всасывающими отверстиями и расположен над вертикальной направляющей трубой, верхний коней которой выполнен цельным конфузором с насадкой Верхняя часть аэрационного устройства выполнена с периферийным дегазатором, состоящим из кольцевого карма на и размещенной в нем цилиндрической обечайкой В центральной проточной части вторичного отстойника расположен корпус в виде обратного усеченного конуса, в котором имеются сквозные гбризонтальные щели, ограниченные с наружной стороны кольцевым илосборным поясом 2 з п ф-лы, 4 ил. 00

12

II

19

У

42

Редактор С.Патрушева

Составитель В.Баженов Техред М.Моргентал

Фиг. 4

Корректор О.Юрковецкая