СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Заявляемое техническое решение предназначено для очистки сточных вод, относится к области очистки бытовых сточных вод комбинированным биохимическим методом и имеет широкий диапазон возможностей использования, в частности может быть использовано в отдельно стоящих домах и небольших поселках.

Известно техническое решение способа очистки сточных вод и установки для осуществления способа (ПРОТОТИП как для способа, так и для устройства) по патенту России №2162062, МПК С 02 F 3/00, 3/12, опубликованному 20.01.2001 г. в бюллетене №2. Изобретение-прототип касается способа очистки сточных вод с использованием активированного ила во взвешенном состоянии и установки для осуществления способа. Согласно техническому решению по патенту России №2162062, в уравнивающий резервуар очистительной установки подводят сточные воды и после этого перекачивают в активационный резервуар. Из активационного резервуара воды после очистки поступают во вторичный отстойник, а из него после осаждения оставшегося ила - в выпускное отверстие. При понижении уровня сточных вод в уравнивающем резервуаре ниже установленного минимального уровня автоматически прерывают процесс активации и после этого перекачивают избыточный ил из активационного резервуара. В результате последующего повышения уровня сточных вод в уравнивающем резервуаре выше установленного уровня прерывается перекачивание ила и возобновляется процесс активации.

Общие признаки заявляемого технического решения и прототипа

для устройства: наличие подводящего трубопровода, приемной камеры, иловой камеры и аэротенка (активационного резервуара), а также входных и выходных труб, вторичного отстойника и выходного отверстия;

для способа: образование ила в камере аэротенка, работа аэробных бактерий в аэротенке, подача сточных вод в приемный резервуар, перекачка очищаемой воды в аэротенк, дальнейшая перекачка воды во вторичный отстойник, перетекание из вторичного отстойника воды в выходной резервуар.

Однако конструктивные особенности аэротенка в прототипе и соответствующие им особенности способа его применения не позволяют осуществлять эффективную мелкопузырчатую аэрацию, перемешивание в аэротенке происходит недостаточно, в прототипе отсутствует в приемном отсеке непрерывная аэрация с изменяемой интенсивностью.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - создание способа и устройства очистки сточных вод с интенсификацией процесса очистки, повышения качества и надежности без существенного удорожания процесса и с применением усовершенствований составляющих устройство элементов. Задача увеличения перемешивания в заявляемом способе и устройстве решена с помощью организации кругового движения воды посредством специального расположения аэроэлемента и биозагрузки в виде плоского воздушного насоса (эрлифта) вокруг загрузки аэротенка с интенсификацией процесса за счет наличия центробежных сил.

Технический результат - интенсификация, повышение качества и надежности процесса очистки за счет применения вертикально-круговой циркуляции в устройстве аэротенка и организации процесса с наличием этапа доочистки, а также автоматической промывки основных элементов.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что способ очистки сточных вод включает подачу сточных вод в приемный резервуар, где происходят предварительная очистка и измельчение крупных фракций органических частиц, поступивших со сточной водой, дальнейшую перекачку очищаемой воды в аэротенк, дальнейшую перекачку воды во вторичный отстойник, перетекание из вторичного отстойника воды в выходной резервуар, причем в приемном резервуаре вода циркулирует, подвергаясь влиянию активного ила и переменной интенсивности мелкопузырчатой аэрации, а в аэротенке происходит вертикально-круговая циркуляция смеси воды и активного ила вокруг фильтра-отстойника из биозагрузки переменной плотности, далее во вторичном отстойнике происходит улавливание всплывающих частиц, далее идет прохождение воды и дополнительная фильтрация в мокром самоочищающемся песчаном фильтре и из него перекачка очищаемой воды в выходной резервуар, где предварительно очищенную биологическим и механическим способом воду подвергают озоновой доочистке, обеззараживанию и далее организуют циркуляцию части озонированной воды через вторичный отстойник и песчаный фильтр с дополнительной подачей небольшого количества озонированной воды в приемный резервуар и аэротенк для интенсификации биологических процессов и улучшения осаждения взвесей, при этом в течение всего процесса промывают основные эрлифты, а после озоновой доочистки осуществляют напорный сброс очищенной воды в поверхностные канавы ливневой канализации или в естественные водоемы.

Кроме того, для лучшей очистки воды автоматически удаляют излишки активного ила из зоны аэротенка, расположенной под нижней щелью вторичного отстойника, в резервуар аэробного стабилизатора активного ила, из которого вода с небольшим количеством активного ила перетекает в приемный резервуар, а осевший ил после доокисления удаляют, при этом через нижнюю щель вторичного отстойника организован нисходящий поток воды, который вымывает осевший на дно отстойника ил и возвращает его в активную зону аэротенка. Осуществляют внутреннюю циркуляцию воды и активного ила, при отсутствии поступления сточных вод, из аэротенка в приемный резервуар, через стабилизатор активного ила и из приемного резервуара, через фильтр грубых нечистот в аэротенк, при этом переключение направления перекачки осуществляют при помощи датчиков, контролирующих уровень в приемном резервуаре.

Устройство очистки сточных вод включает подводящий трубопровод, приемный резервуар, аэротенк, вторичный отстойник и выходной резервуар, причем приемный резервуар содержит активный ил, аэроэлемент, датчики уровня с индикатором переполнения, подключенные к устройству управления, между приемным резервуаром и аэротенком расположены фильтр грубых нечистот, снабженный постоянно работающим крупнопузырчатым аэратором, и эрлифт, перекачивающий воду в аэротенк, содержащий биозагрузку, выполненную в виде пустотелого прямоугольника, открытого с нижней стороны, с микрофлорой в прикрепленном к биозагрузке состоянии, и состоящую из внешнего слоя в виде вертикальных трубок, выполненных из неплотной сетки, и внутреннего более плотного, чем внешний, слоя, выполненного из листовой волокнистой биозагрузки, при этом аэроэлемент аэротенка и биозагрузка расположены таким образом, чтобы обеспечивалась вертикальная круговая циркуляция воды с активным илом в аэротенке вокруг биозагрузки, а пространство вокруг биозагрузки, где циркулирует вода с активным илом, имеет неравномерное сечение, которое уменьшается в верхней части потока, где вода стремится вниз, и более расширенное под ним, в результате чего скорость потока в зоне верхней части потока возрастает и образуется воронкообразное движение воды вниз с захватыванием мелких пузырьков воздуха из пространства над аэротенком, что улучшает насыщение воды кислородом; при этом между аэротенком и вторичным отстойником расположен эрлифт, перекачивающий воду во вторичный отстойник, а пустотелый прямоугольник со стенками из биозагрузки выполняет роль предварительного фильтра-отстойника, причем вторичный отстойник дополнен уловителем всплывающих частичек, который расположен над нижней щелью вторичном отстойника таким образом, чтобы перекрыть ее и уловить поток всплывающих частичек ила с пузырьком азота или воздуха; в верхней части вторичного отстойника расположена труба, имеющая косой верхний срез и оснащенная фильтром плавающих частиц, перед выходным резервуаром расположен мокрый песчаный фильтр и эрлифт, который для того, чтобы песчаный фильтр не высыхал и не терял своей работоспособности, перекачивает воду из песчаного фильтра только тогда, когда уровень воды в песчаном фильтре превышает определенную отметку, контролируемую датчиком уровня; при этом выходной резервуар оснащен насосом с напорным трубопроводом и накопительным резервуаром, инжектором, озонатором и контактным трубопроводом для озонирования воды в выходном резервуаре с целью обеззараживания и доочистки, в выходном резервуаре также установлены датчики, подключенные к устройству управления, которое управляет насосом, озонатором и клапанами таким образом, что при наполнении выходного резервуара до уровня, контролируемого датчиком, включается насос и озонатор; контактный трубопровод подает часть озонированной воды во вторичный отстойник, а часть этой воды через песчаный фильтр возвращают в выходной резервуар, при этом уровень воды во вторичном отстойнике повышается, и вода из вторичного отстойника через нижнюю щель перетекает в аэротенк, вымывая осевший внизу вторичного отстойника ил; после того как уровень во вторичном отстойнике достигнет переливной трубы, часть озонированной воды вместе с плавающими частичками и пеной начинает переливаться в приемный резервуар, причем для защиты вторичного отстойника от пены, образующейся в период накопления и созревания активного ила в аэротенке, предусмотрена перегородка между аэротенком и вторичным отстойником, доходящая сверху до уровня крышки и не пропускающая пену во вторичный отстойник, а выводящая пену в приемный резервуар.

На чертеже изображено заявляемое устройство очистки сточных вод, где

1 - подводящий трубопровод;

2 - приемный резервуар;

3 - аэроэлемент приемного резервуара;

4, 5, 6 - датчики уровня приемного резервуара;

7 - устройство управления распределителем воздуха;

8 - индикатор переполнения;

9 - фильтр грубых нечистот;

10 - постоянно работающий крупнопузырчатый аэратор;

11 - эрлифт перекачки в аэротенк,

12 - аэротенк;

13 - биозагрузка;

14 - аэроэлемепт аэротенка

15 - зона верхней части потока, где вода стремится вниз;

16 - эрлифт перекачки во вторичный отстойник;

17 - вторичный отстойник;

18 - уловитель всплывающих частиц;

19 - труба, имеющая косой верхний срез;

20 - мокрый самоочищающийся песчаный фильтр;

21 - эрлифт перекачки из песчаного фильтра в выходной резервуар;

22 - выходной резервуар;

23 - датчик уровня в песчаном фильтре;

24 - насос;

25 - напорный трубопровод и накопительный резервуар;

26 - инжектор;

27 - озонатор;

28 - контактный трубопровод для озонирования воды в выходном резервуаре;

29, 30 - датчики, подключенные к устройству управления выходного резервуара;

31 - устройство управления выходного резервуара;

32, 33 - водяные клапаны (управляемые вентили);

34 - переливная труба;

35 - распределитель системы автоматической промывки насосов-эрлифтов;

37, 38 - клапаны системы распределения воздуха;

36 - выходная труба;

39 - компрессор;

40 - крупнопузырчатый аэратор стабилизатора активного ила;

41 - резервуар стабилизатора активного ила;

42 - эрлифт удаления излишков активного ила;

43 - переливная труба стабилизатора активного ила;

44 - крупнопузырчатый аэратор песчаного фильтра;

45 - эрлифт обратной прочистки песчаного фильтра;

46 - обратные клапаны;

47 - труба аварийного перелива;

48 - переливная труба песчаного фильтра.

Устройство, предназначенное для осуществления способа очистки сточных вод, работает следующим образом.

Сточная вода по подводящему трубопроводу 1 поступает в приемный резервуар 2, в котором расположены аэроэлемент 3 и датчики уровня 4, 5 и 6, подключенные к устройству управления 7 с индикатором переполнения 8, в приемном резервуаре осуществляется интенсивная аэрация. Когда уровень воды в приемном резервуаре достигнет датчика 4 (активации первой фазы), уменьшается интенсивность аэрации в приемном резервуаре, вода из приемного резервуара через фильтр грубых нечистот 9, снабженный постоянно работающим крупнопузырчатым аэратором 10 для отталкивания крупных нечистот от отверстий фильтра, перекачивается эрлифтом 11 в аэротенк 12, где находится активный ил во взвешенном состоянии, а также микрофлора в прикрепленном состоянии на биозагрузке 13, состоящей из внешнего слоя в виде вертикальных трубок из неплотной сетки, и внутреннего, более плотного, слоя из листовой волокнистой биозагрузки. В аэротенке при этом происходит интенсивная аэрация. Аэроэлемент аэротенка 14 и биозагрузка расположены таким образом, чтобы обеспечивалась вертикально-круговая циркуляция воды с активным илом в аэротенке вокруг биозагрузки. Биозагрузка выполнена в виде пустотелого прямоугольника, открытого с нижней стороны. Пространство вокруг биозагрузки, где циркулирует вода с активным илом, имеет неравномерное сечение, которое уменьшается в зоне 15 верхней части потока, где вода стремится вниз, и более расширенное под ним. В результате скорость потока в зоне 15 возрастает и образуется воронкообразное движение воды вниз с захватыванием мелких пузырьков воздуха из пространства над аэротенком, что улучшает насыщение воды кислородом. Вода из аэротенка проходит через биозагрузку и перекачивается эрлифтом 16 во вторичный отстойник 17. Пустотелый прямоугольник со стенками из биозагрузки 13 выполняет роль предварительного фильтра-отстойника. Циркуляция воды внутри прямоугольника незначительная и там образуется зона, обедненная кислородом, что способствует развитию определенного вида бактерий. Вторичный отстойник 17 дополнен уловителем всплывающих частиц 18, который расположен над нижний щелью вторичного отстойника таким образом, чтобы перекрыть ее и уловить поток всплывающих частичек ила с пузырьком азота или воздуха. После того как пузырек оторвется, частичка ила оседает в нижнюю часть вторичного отстойника. Производительность эрлифта 16 превышает производительность эрлифта 11, в результате через нижнюю щель вторичного отстойника образуется нисходящий поток воды, который вымывает осевший на дно отстойника ил и возвращает его в активную зону аэротенка.

При этом пребывание ила в анаэробных условиях незначительно и почти не сказывается на его метаболической активности. Вода из верхней части вторичного отстойника 17 переливается через трубу 19, имеющую определенный верхний срез и оснащенную фильтром плавающих частиц, в емкость с мокрым самоочищающимся песчаным фильтром 20. Пройдя через песчаный фильтр, вода эрлифтом 21 перекачивается в выходной резервуар 22. Чтобы песчаный фильтр не высыхал и не терял своей работоспособности, эрлифт 21 перекачивает воду из песчаного фильтра только тогда, когда уровень воды в песчаном фильтре превышает определенную отметку, контролируемую датчиком 23.

Выходной резервуар 22 оснащен насосом 24 с напорным трубопроводом и накопительным резервуаром 25, инжектором 26, озонатором 27 и контактным трубопроводом 28 для озонирования воды в выходном резервуаре с целью обеззараживания и доочистки. В выходном резервуаре установлены датчики 29 и 30, подключенные к устройству управления 31, которое управляет насосом 24, озонатором 27 и клапанами 32, 33. При наполнении выходного резервуара 22 до уровня, контролируемого датчиком 29, включается насос 24 и озонатор 27. Начинается насыщение воды озоном до уровня, необходимого для ее обеззараживания. Часть озонированной воды из контактного трубопровода 28 подается во вторичный отстойник 17. Часть этой воды через песчаный фильтр возвращается в выходной резервуар. Уровень воды во вторичном отстойнике повышается, так как переливная труба 19 имеет определенный срез. Вода из вторичного отстойника через нижнюю щель перетекает в аэротенк, вымывая осевший внизу вторичного отстойника ил. После того как уровень во вторичном отстойнике достигнет переливной трубы 34, часть озонированной воды вместе с плавающими частичками и пеной начинает переливаться в приемный резервуар 2. Озон, в небольших концентрациях поступающий в приемный резервуар, аэротенк и вторичный отстойник, способствует интенсификации биопроцессов и улучшению осаждения взвесей.

После истечения необходимого времени обработки воды озоном на несколько секунд открывается клапан 32, и вода из напорного трубопровода устремляется в распределитель системы автоматической промывки насосов-эрлифтов 35. Чтобы вода с вымываемыми загрязнениями не попала в систему распределения воздуха, на воздуховодах промываемых эрлифтов установлены обратные клапаны 46. Затем клапан 32 закрывается, а клапан 33 открывается, и очищенная вода под напором выкачивается из выходного резервуара через трубу 36 в поверхностную траншею, поглощающую, дренажную или другую систему водоотвода очищенной воды. Когда уровень воды в выходном резервуаре понизится до уровня, контролируемого датчиком 30, насос 24 выключается и с небольшой задержкой закрывается клапан 33. Задержка закрывания клапана (управляемого вентиля) 33 требуется при открытом сбросе очищенной воды и отрицательных температурах окружающей среды для того, чтобы вода из выходного трубопровода, при соответствующем уклоне, успела стечь и не замерзла в нем. После отключения насоса вода из напорного трубопровода и накопительной емкости 25, стекая вниз, осуществляет обратную промывку насоса и его заборных отверстий.

Когда уровень воды в приемном резервуаре 2 понизится до уровня, контролируемого датчиком 5, клапан 37 системы распределения воздуха закрывается, а клапан 38 открывается и воздух от компрессора 39 подается в распределитель второй фазы. При этом отключаются аэратор аэротенка 14, крупнопузырчатый аэратор 40 резервуара стабилизатора активного ила 41, эрлифты 11, 16 и 21.

Включается более интенсивная аэрация в приемном резервуаре, что способствует механическому измельчению крупных частиц, поступивших со сточной водой из системы канализации. Активный ил в аэротенке оседает на дно, и включается эрлифт удаления излишков активного ила 42, установленный на некотором расстоянии от дна аэротенка. Эта высота выбирается таким образом, чтобы концентрация активного ила поддерживалась в пределах 20-25% от объема аэротенка при отстаивании смеси в течение десяти минут. Эрлифт 42 закреплен таким образом, чтобы удаление излишков активного ила осуществлялось из пространства под вторичным отстойником, что исключает его накопление и отмирание в этом месте, куда за счет центробежной силы циркуляции в аэротенке попадает наиболее тяжелый старый ил. Излишки активного ила из аэротенка эрлифтом 42 перекачиваются в стабилизатор активного ила, где происходят его накопление и стабилизация в аэробных условиях. Более тяжелый ил оседает на дно резервуара, а вода с небольшим количеством мелких частичек активного ила перетекает по переливной трубе 43 в приемный резервуар 2 и продолжает участвовать в очистке поступающей загрязненной воды, смешиваясь с ней. При этом уровень воды в приемном резервуаре 2 повышается. Накопившийся в резервуаре 41 ил периодически удаляют на иловую площадку или используют для удобрения декоративных растений. Во второй фазе работы также включается крупнопузырчатый аэратор 44 и эрлифт 45 обратной прочистки песчаного фильтра 20.

В случае переполнения приемного резервуара до уровня датчика 6 включается сигнализатор переполнения. Если причина переполнения не была устранена, уровень воды в приемном резервуаре поднимется до уровня аварийного перелива 47 и поступит в резервный резервуар или в систему аварийного сброса. Это исключит попадание неочищенной воды с крупными нечистотами в соседние резервуары и нарушение работы очистной системы на длительное время. После устранения перегрузки система работает в обычном режиме. Песчаный фильтр 20 также снабжен переливной трубой 48: если вода поступает на вход песчаного фильтра быстрее, чем его пропускная способность, то излишки воды с плавающими частичками ила перетекают в приемный резервуар, не попадая в выходной и не загрязняя его.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБА

Заявляемый способ выполняют в установке в виде прямоугольного корпуса размером (1*1,5*2,4 м) из полипропилена, рассчитанной на очистку 1 кубического метра воды в сутки. Мощность компрессора 60 Вт, мощность насоса, работающего в импульсном режиме, 450 Вт. Активный ил образуется в течение первого месяца работы установки, причем для защиты вторичного отстойника от пены, образующейся в период накопления и созревания активного ила в аэротенке, предусмотрена перегородка между аэротенком и вторичным отстойником, доходящая сверху до уровня крышки и не пропускающая пену во вторичный отстойник, а выводящая пену в приемный резервуар.

Сточную воду подавали в приемный резервуар с целью предварительной очистки и измельчения крупных фракций органических частиц, перекачивали очищаемую воду в аэротенк и далее во вторичный отстойник и выходной резервуар. В приемном резервуаре вода циркулировала, подвергаясь влиянию активного ила и мелкопузырчатой аэрации переменной интенсивности. В аэротенке происходила вертикально-круговая циркуляция смеси воды и активного ила вокруг фильтра-отстойника из биозагрузки переменной плотности. Во вторичном отстойнике проводили улавливание всплывающих частиц. После чего проводили дополнительную фильтрацию воды в мокром самоочищающемся песчаном фильтре и из него перекачивали очищаемую воду в выходной резервуар, где воду подвергали озоновой доочистке, обеззараживанию и далее организовывали циркуляцию части озонированной воды через вторичный отстойник и песчаный фильтр с дополнительной подачей небольшого количества озонированной воды в приемный резервуар и аэротенк. При этом в течение всего процесса промывали основные эрлифты. После озоновой доочистки осуществляли напорный сброс очищенной воды в поверхностные канавы ливневой канализации или в естественные водоемы. В результате очистки по приведенному способу с учетом использования дополнительных операций очистки был улучшен процесс очистки воды, снижены величины взвесей до 5 мг/л и БПК до 3 мг/л.