Устройство для анаэробной обработки сточных вод Советский патент 1993 года по МПК C02F3/28 C02F11/04 

стенками реактора и трубой установлена решетка (16), и на ней размещен слой насадки (17) со слоем шлама (18), образующие реакционное пространство (19). Устройство имеет сплошное непроницаемое промежуточное перекрытие (8), сифон (10) с распределительным цилиндром (11), образующие распределительную камеру (50) и камеры вторичной очистки (49), соединенные соединительными линиями (21). Отвод очищенных вод выполнен в виде переливного желоба (35), а также периодически самоочищающегося фильтра (65). 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: очистка сточных вод, содержащих органические загрязнения в твердом или растворенном виде. Сущность изобретения: Устройство представляет собой реактор, содержащий буферную зону

Изобретение относится к технике анаэробной обработки сточных вод с органическими загрязнениями в твердой или растворенной форме.

Цель изобретения - повышение эффективности и экономичности обработки сточных вод.

Указанная цель достигается тем, что обрабатываемые стоки после частичного окис- ления смешиваются с биомассой и пропускаются через слой насадки, при этом при необходимости часть образующихся газов отводится для уменьшения турбулентности. После прохождения насадочного материала стоки направляются в распределительную камеру для разделения шлама. Всплывающие части шлама собираются и осаждающиеся части шлама вытесняются и при необходимости подвергаются последующему осветлению для отделения биомассы от воды.

Согласно изобретению, путем перемешивания поступающих сточных вод с биомассой достигается повышение активности поступающего субстрата. Пропускание сквозь слой осадочного шлама на насадке содействует уменьшению органической нагрузки субстрата, а отделение шлама от субстрата и повторный подвод шлама в начало процесса позволяет повторно исполь -овать субстрат с обогащенной биомассой с целью повышения активности поступающего субстрата. Таким образом, ведение процесса согласно изобретению позволяет существенно улучшить анаэробную обработку органических субстратов. Предусмотрено также, что остаточная часть воды, содержащая небольшие количества шлама, используется для давления на шлам для перемешивания со вновь введенным субстратом, при этом шлам вытесняется в зону смешивания; при необходимости после вытеснения шлама вода, содержащая небольшие количества шлама, частично снова подвергается вторичной очистке. Такое ведение процесса позволяет применить остаточную воду подобно поршню для нагрузки давлением на шлам, подлежащий смешиванию со вновь подведенным субстратом, при этом не требуется дополнительного подвода энергии для движения шлама в зону смешивания и позволяет экономить энергию. Газ, образующийся в ходе сквозного пропускания через насадку и шлам, частично вводится в сточную воду, находящуюся в распределительной камере для разрушения плавучей корки, и для этого не требуется подвода энергии извне. Целесообразным является смешивание биомассы и сточных

вод при пропускании сквозь покрытые биомассой частицы насадки, при этом удается избежать повреждения биомассы, растущей на насадке, и активность ее сохраняется. При пропускании сточных вод через слой

насадки и слой шлама частицы насадки и шлама перемешиваются, что позволяет избежать спекания слоя и появления мертвых пространств.

На фиг. 1 изображено устройство в продольном разрезе; на фиг. 2 - то же, вид сверху при снятой крышке реактора, разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вариант устройства с переливными желобами в продольном разрезе: на фиг. 5 - устройство с переливными желобами, вид сверху со снятой крышкой.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, плоское днище 2 и плоскую крышку 3. В днище 2 выполнен отстойник и имеется распределительный конус 5, к которому прикреплены распределительные лопасти 6 направляющей трубы 7. Под крышкой 3 установлено непроницаемое промежуточное перекрытие 8, переходящее в газовый купол

шлама 18, образующие в работе реакционное пространство 19. Над реакционным пространством расположены газовые ловушки 20 в виде кольца, откуда по соединительной линии 21 субстрат через отверстие

22 попадает в верхние распределительные

камеры над сифЬном 10. Газовая обводная линия 23 с расширением трубы 24 выведена в трубу 25, открытую с обеих концов. Между сифоном 10 и нижними кромками цилиндра

11имеются щели 26, а- из верхней части сифона выведена газовая соединительная линия 27 с трехходовым вентилем 28 с газо- дувкой 29 повышения давления газа. Трубопровод 30 отвода газа со стороны всасывания воздуходувки соединен с трубопроводом 31 отвода газа из устройства и имеет запорный вентиль 32 со стороны газового купола. Регулируемый по высоте сток 33 с запорным клапаном 34 предусмотрен к переливному желобу 35 и соединен с трубопроводом, имеющим крышку 36 и выполненным в виде сифона 37 с вентиляционным штуцером 38, присоединенным к линии 39 стока очищенной воды. Донный спуск 40 с запорным вентилем предусмотрен для удаления выпавших твердых осадков. Уровни жидкости 41-45 устанавливаются в различных фазах процесса. Под сифоном расположено газовое пространство 46, под промежуточным перекрытием - газовое пространство 47, под крышкой реактора - газовое пространство 48, камера 49 повторной очистки и распределительная камера 50. Газовая обводная линия 51 соединяет реакторное пространство у нижних кромок сифона 10 с реакторным пространством перед промежуточным перекрытием. Переливной желоб 35 установлен на высоте, соответствующей уровню жидкости 52 у внешней стенки желоба. Б устройстве для отвода воды в нижней части предусмотрены отверстия 53 обратной промывки с клапаном 54, а также питающее пространство55 и накопительное пространство 56. Максимальный уровень жидкости в пространстве под крышкой реактора ограничен уровнем 57 расположения верхней кромки внутренней стенки переливного желоба, под которым выполнены сопла 58 фильтрующее устройство 59. В переливном желобе выполнена воронка 60, а в боковой стенке отверстия 61. Дополнительный переливной желоб 62 соединен подводящей линией 63 с расположенным на держателе 64 фильтром 65, имеющим также держатель 66. Желоб 62 ограничен боковой стенкой 67. Обводная линия 51 имеет на входе расширение трубы 68.

Устройство работает следующим образом.

Исходные сточные воды после достижения рабочей температуры по трубопроводу

12поступают в буферную зону 14 направляющей трубы 7. Субстрат, находящийся а этой буферной зоне 14, вытесняется вниз к

днищу 2 и попадает в распределительное пространство 15 под реакционным пространством 19. Распределительное пространство 15 и реакционное пространство 5 19 отделены друг от друга решеткой 16. Могут быть предусмотрены также несколько промежуточных решеток, которые могут находиться одна под другой на разных расстояниях. Могут быть предусмотрены также

0 промежуточные решетки, выполненные в виде боковых поверхностей конуса В этом случае сегментообразные участки боковой поверхности конуса могут и не иметь прорезей. При процессе смешивания находящий5 ся в буферной зоне 14 вновь поступивший субстрат попадает в распределительное пространство 15 и вытесняется из него через решетку 16 в находящееся над ним реакционное пространство 19. Если имеется

0 несколько промежуточных решеток, то субстрат постепенно проходит через находящиеся между этими решетками реакционные пространства 19. На промежуточных решетках 16 лежит насадка 17, кото5 рая заполняет реакционное пространство 19 только частично. В реакционное пространство 19 выходят соединительные линии 21, по которым субстрат попадает в распределительные камеры 50. Распреде0 лительная камера 50 образует часть камеры 49 повторной очистки, которая отделена от реакционного пространства 19 сплошным промежуточным перекрытием 8, проходящим от стенки корпуса 1 к стенкам внутрен5 него цилиндра 7. Распределительная камера 50 через пропускные щели 26 со стороны дна соединена с камерой 49 повторной очистки и субстрат, подведенный в распределительную камеру 50. может пере0 текать в камеру 49 повторной очистки, где происходит осаждение. Субстрат, освобожденный от оседающих веществ, собирается в переливном желобе 35, установленном в камере 49 повторной очистки, и по линии

5 стока 39, отходящей от переливного желоба 35, покидает реактор. Обогащенная осадочными веществами часть воды, еще имеющаяся в камере 49 повторной очистки, возвращается обратно в буферную зону 14

0 и попадает еще раз в процесс обработки.

В днище 2 сделан отстойник 4 для насоса, в котором собираются грубые осадки и вместе с излишним шламом через донный спуск 40 удаляются из реактора.

5В нижней части внутреннего цилиндра

7 прикреплены распределительные лопасти 6 для перемешивания субстрата, накопленного в буферной зоне 14 и равномерного распределения в пространстве 15. Распределительный конус 5 на днище 2 служит для

поворота вертикального потока из цилиндре 7 в горизонтальном направлении. Лопасти 6 и распределительный конус 5 с днищем 2 создают эффект сопла, который, с одной стороны, обеспечивает приведение твердых частиц основного шлама в состояние турбулентного движения и, с другой стороны, во вращательное движение в распределительном пространстве. Число, форма, характеристика и свойства содержащихся твердых веществ в субстрате следует учитывать при определении формы и расположении распределительных крыльев 6.

Сверху внутренний цилиндр 7 закрыт колпаком в виде сифона 10, который своей боковой поверхностью выходит в пространство между промежуточным перекрытием 8 и боковой поверхностью цилиндра 7, От колпака сифона 10 соединительная газовая линия 27 перепускает газ в газовое пространство газового купола 9. В газовую соединительную линию 27 встроен трехходовой клапан 28 для управления газом, подаваемым газодувкой 29, повышающей давление из газового пространства 48 камеры 49 повторной очистки.

Трубопровод 31 отвода газа выполнен с ответвлением в виде трубопровода 30 и подает газ к потребителю или в газгольдер.

Газовая обводная линия 51 перепускает газ из газового пространства 46 под колпаком сифона 10 в газовое пространство 47 реакционного пространства 19. Из пространства 47 газовая обводная линия 23 перепускает газ в распределительную камеру 50 и вертикальную трубу 25, где появляется эрлифтный эффект.

В камере повторной очистки установлен варьируемый по вертикали сток 33, который может быть использован в дополнение к переливному желобу 35. Сток 33 соединен с сифоном 37, имеющим запорный клапан 34, перед линией 39 стока.

Трубопровод 12 снабжен отводным трубопроводом 13 с вентиляцией для того, чтобы избежать отсоса из реактора в случае, когда в подводящем трубопроводе устанавливается пониженное давление.

В линии 21, соединяющей реакционное пространство 19 и распределительную камеру 50, встроено управляемое от поплавка отверстие 22, которое при повышающемся уровне жидкости в распределительной камере 50 закрывается.

Над слоем насадки 17 образуется слой шлама 18, который может заполнить все реакционное пространство 19, исключая газовый купол 9.

В реакционном пространстве 19 установлены газовые ловушки 20 для предотвращения проникновения газа, образующегося в реакционном пространстве 19, в соединительную линию 21 между реакционным про- странством 19 и распределительной

камерой 50. Газовые ловушки 20 могут быть также выполнены в виде кольца 20, которое от вертикальной части промежуточного перекрытия 8 наклонно вниз направлено к внешней стенке корпуса 1. Край кольца 20

0 оканчивается на расстоянии от стенки корпуса 1. Дополнительно может быть предусмотрено другое кольцо, расположенное под первым кольцом 20, при этом между свободными краями этих колец 20 предусмотрен

5 свободный проход для субстрата.

Если процесс перемешивания закончен, то уровень 42 жидкости в камере 49 повторной очистки реакционного пространства 19 и распределительной камеры 50 ус0 тановился, т.е. в газовом куполе 9 газового пространства 48, а в камере 49 повторной очистки реакционного пространства 19 и в обводной газовой линии 31 - одинаковое газовое давление. Газовое пространство 46

5 заполнено субстратом. Обусловленный положением уровня 49 жидкости сток по линии стока 39 не происходит. Временно в случае необходимости прекращается также подвод исходной воды. Запорный газовый клапан

0 32 в трубопроводе 30 закрывается, газодув- ка 29 приводится в действие и трехходовой вентиль 28 устанавливается в положение, в котором открывается путь к газовому куполу 9 и к колпаку сифона 10. Газ, подаваемый

5 через газовый купол 9 в реакционное пространство 19, вытесняет часть находящегося там субстрата через решетку 16 в распределительное пространство 15, буферную зону 14 и в камеру 49 повторной

0 очистки. Деятельность газодувки 29 поддерживается за счет образования газа в реакционном пространстве 19, поскольку газ, появляющийся в реакционном пространстве 19, также собирается у непроницаемого

5 перекрытия 8. Уровень 42 жидкости поднимается в камере 49 повторной очистки и опускается в реакционном пространстве 19 до уровня 41 жидкости, при этом образуется газовое пространство под колпаком сильфо0 на 10. Для увеличения этого газового пространства после определенного заданного времени трехходовой вентиль 28 устанавливается во второе положение, и теперь через соединительную линию 27 весь газовый по5 ток идет под колпак сифона 10. Этот подвод газа сохраняется так долго, пока уровень жидкости не опустится ниже верхнего края внутреннего цилиндра 7. Этим прекращается коммуникация между буферной зоной 14 и камерой 49 повторной очистки, и субстрат

может быть вытеснен только через соединительную линию 21 из реакционного пространства 19 в распределительную камеру 50 и через щелевые проходы 26 в камеру 49 повторной очистки. В этом случае снова мо- жет быть подведена исходная вода. Газо- дувка 29 может быть отключена. Отверстие 22, управляемое поплавком, закрывается после того, как повышающийся уровень 42 жидкости перейдет за уровень поплавка. Выход жидкости возможен только через верхнее отверстие соединительной линии 21. Это отверстие находится выше, чем уровень перелива переливного желоба 35 для того, чтобы под действием выходящего из отверстия субстрата, который подается на уровень 43 жидкости, освободить хлопья шлама от сцепленных с ними газовых пузырьков и осадить шлам. В колпаке сифона 10 могут устанавливаться разные уровни 44 и 45 жидкости. Для того чтобы воспрепятствовать падению уровня жидкости ниже ниж- него края колпака сифона 10 и этим избежать перехода газа из колпака сифона 10 в соседнюю камеру 49, над нижним кра- ем колпака сифона 10 выполнено отверстие расширения 68 обводной газовой линии 51. Как только опускающийся уровень жидкости в реакционном пространстве 19 достигнет уровня 41, газ из газового пространства 47 реакционного пространства 19 течет через обводную газовую линию 23 в рэспреде- лительную камеру 50. Посредством проявляющегося при этом подъемного эр- лифтного действия трубы 25 происходит пе- ремешиваниесубстратав

распределительной камере 50, что оказывает противодействие образованию плавучей корки. Трехходовой клапан может быть возвращен в первое положение и газовое про- странство 46 в колпаке сифона 10 снова соединяется с газовым куполом 9.

Как только в камере 49 повторной очистки будет достигнут наивысший уровень 43 жидкости, поступающее в нее количество воды через переливной желоб 35 будет подведено к линии 39 стока и покинет реактор. Стекающее количество воды равно подводимому количеству исходных вод, увеличенному на количество, соответствующее производимому газу в реакционном пространстве 19. Как только в реакционном пространстве 19 будет достигнут уровень 41 жидкости, количества, вытесненные в отдельных функциональных пространствах, соответствуют подведенному количеству исходных вод и также отводимому количеству продуктрв обработки.

Следующий процесс - это примешивание вновь подведенного к находящемуся в

буферной зоне 14 субстрату в ряспррдрпи- тельном пространстве 15. Для этого открывают газовый запорный вентиль 32 в трубопроводе 30, В этом случае в соединенных газовых пространствах 48 камеры 49 повторной очистки с давлением газа, равным давлению в трубопроводе 31, вследствие его соединения с газгольдером или потребителем, и давлению в газовом пространстве 47 реакционного пространства 19, а также в газовом пространстве 46 под колпаком сифона 10 с наивысшим давлением газа, соответствующим максимальной разности уровней, происходит выравнивание давлений. Уровни жидкости 44 и 45, которые ранее установились под повышенным давлением, начинают подниматься до тех пор, пока пространство под колпаком сифона 10 не будет заполнено субстратом, при этом снова восстанавливается соединение между камерой 49 повторной очистки, буферной зоной 14, распределительным пространством 15 и реакционным пространством 19. Объем жидкости между уровнями жидкости 42 и 43, соответствующий объему газового пространства 47, через внутренний цилиндр 7 по распределительным крыльям 6 перемещается в распредели- тельное пространство 15 и следует в реакционное пространство 19. Газ из газового пространства 47 перемещается в камеру 49 повторной очистки по трубопроводу 30. При этом снова устанавливается уровень 42 жидкости и после закрытия газового запорного вентиля 32 начинается снова описанный процесс.

В зависимости от свойств подводимого материала в буферной зоне 14 начинается гидролизация или же быстро продолжается уже начавшаяся до этого гидролизация, обусловленная температурой процесса. При субстратах с легко отделяемыми веществами, растворенными веществами может произойти значительное смещение рН в кислотную область. Поскольку находящиеся в буферной зоне 14 активные метановые бактерии вновь поступающим субстратом медленно вытесняются вниз, они не повреждаются появляющейся кислой средой, так как она образуется сверху. Следовательно, возможно также подавать в реактор сильно кислый материал без предварительной обработки, например без нейтрализации, при условии, что речь идет об органических кислотах. Граничащая с внутренним цилиндром 7 буферная зона 14 используется также для того, чтобы было возможно при процессе примешивания вытесненную из верхней части реакционного пространства 19 в камеру 49 повторной очистки часть через распределительные крылья 6 направить в распределительное пространство 15, При применении в качестве очистной установки буферная зона внутри цилиндра 7 должна иметь не только возможность соединения с распределительным пространством 15, но что важнее этого, чтобы в буферной зоне 14 накапливалась часть субстрата, соответствующая переменной разности уровней жидкости 42 и 43 в камере повторной очистки 49. Это количество хорошо отделенной от биомассы воды по окончании процесса примешивания вытесняется в камеру 49 повторной очистки, что обеспечивает наименьший вынос биомассы из реактора через сток 39.

Самая верхняя часть реакционного пространства 19 должна быть выбрана таких размеров, чтобы его уровень зеркала шлама находился ниже соединительной линии 21 с распределительной камерой 50. С помощью расширения трубы 24 и 68 создается препятствие тому, чтобы возникали большие колебания в уровнях жидкости 41, 43 или 44, 45.

Для уменьшения выноса шлама используется дополнительный переливной желоб у зеркала жидкости в реакционном пространстве под перекрытием 8.

Подлежащая фильтрованию смесь шлама и воды попадает после достижения уровня 43 в переливной желоб 62, из которого она по подводящей линии 63 течет в питающее пространство 55. Отсюда смесь воды и шлама направляется через горизонтально установленное поперечное сечение фильтра 65, покрывающего питающее пространство 55. По заполнении накопительного пространства 56, находящегося над фильтром 65, теперь уже освобожденная от шлама вода может притекать по переливному желобу 35 через входную воронку 60 к линии 39 стока, Скопление шлама на нижней стороне фильтра увеличивает его сопротивление. Это воздействует на повышение уровня зеркала воды сверх уровня 43. Для того, чтобы предотвратить разрушение фильтра 65 повышающимся давлением вследствие повышения уровня зеркала жидкости, к переливному желобу 35 непосредственно подключено аварийное переливное устройство - отверстия 61. После достижения верхнего края аварийного переливного устройства (уровень 57) происходит перепуск жидкости в переливной желоб 35.

Для очистки фильтра 65 используется резкое снижение уровня зеркала жидкости с уровня 43, которое происходит при введении фазы перемешивания в реактор. При этом уровень зеркала жидкости в реакторе

снижается до минимального уровня в камере повторной очистки 49. Смесь воды и шлама, содержащаяся в распределительном пространстве 55, вытекает через отверстие

53 обратной промывки из питающего пространства 55. Жидкость, находящаяся над фильтром 65 в накопительном пространстве 56, течет также к отверстию 53 обратной промывки и при этом отрывает и захватыва0 ет с собой вследствие высокой скорости потока частицы шлама, прилипшие к нижней стороне фильтра. Фильтр 65 может быть очищен жидкостью, которая направляется через сопла 58, находящиеся над фильтром

5 65, на верхнюю сторону фильтра 65. Фильтр 65 укладывается на держателях 64 и другими держателями 66 удерживается от всплытия. Отверстия 53 обратной промывки имеют защиту от обратного удара - клапан

0 54. что позволяет медленно наполнять фильтрующее устройство.

Изобретение позволяет существенно улучшить анаэробную обработку сточных вод с органическими загрязнениями как в

5 твердой, так и в растворенной форме, повысить производительность очистного сооружения и уменьшить энергетические затраты.

Формула изобретения

0 1. Устройство для анаэробной обработки сточных вод, содержащее цилиндрический корпус реактора с крышкой и днищем, установленную по оси корпуса направляющую трубу, решетку со слоем насадки, раз5 мещенную между стенками корпуса и направляющей трубой, трубопровод подачи исходной воды в верхнюю часть направляющей трубы, переливные желоба для вывода осветленной воды с трубопроводом ее отвода

0 и линию отвода газа, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности очистки, оно снабжено сифоном, расположенным над направляющей трубой на расстоянии от ее стенок и выпол5 ненным в виде колпака, нижние торцовые кромки которого ниже верхних торцовых кромок направляющей трубы, устройство снабжено непроницаемым промежуточным перекрытием с газовыми ловушками, уста0 новленным между стенками корпуса и направляющей трубой, верхние кромки которой расположены между перекрытием и крышкой корпуса реактора, а нижние кромки - над днищем корпуса, а также рас5 пределительным цилиндром, установленным по оси корпуса над сифоном и имеющим соединительные трубопроводы, верхний конец которых выходит в распределительный цилиндр над уровнем сливного желоба, а нижний конец сообщен с реактором под промежуточным перекрытием с газовой ловушкой.

ниже переливного желоба.

клапаном.

65