СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам для биологической активационной очистки бытовых сточных вод активным илом во взвешенном состоянии, используемых в отдельно стоящих небольших домах, коттеджах, приусадебных домах.

При биологической очистке сточных вод используется активный ил, представляющий собой смесь различных бактерий и мелких микроорганизмов, но при этом активационный процесс возможен только при непрерывном поступлении кислорода воздуха, что обеспечивает непрерывное взаимодействие сточных вод с илом во взвешенном состоянии и процесс окисления.

Известно “Устройство для очистки сточных вод активным илом” по авторскому свидетельству СССР №1174385, кл. С 02 F 3/02, 1984 г., содержащее корпус с размещенными в нем аэротенком с цилиндрической шахтой, осветлителем, отделениями флотации и дегазации, водоподъемные трубы, пневматические аэраторы и воздухонагнетатели. Однако данное устройство не достаточно эффективно в работе и не обеспечивает высокой степени очистки при поступлении определенного объема сточных вод и технологически сложно в исполнении.

Известны патенты России №819069, кл. С 02 F 3/02, 1987 г. “Устройство для очистки сточных вод” и №2057085, кл. С 02 F 3/02, 1994 г. “Компактная установка для очистки сточных вод”, в которых имеются камеры аэрации, двухъярусные отстойники, илосборники, пневматические аэраторы, патрубки подачи сточных вод, перетекания воды из одной камеры в другую и отвода очищенной воды. Однако данные устройства не имеют камер накопления сточных вод, что затрудняет их эффективное использование при периодическом поступлении достаточно большого количества сточных вод.

Известно техническое решение по патенту России №2060967, кл. С 02 F 3/02, 1995 г. “Способ глубокой биохимической очистки сточных води установка для его осуществления”, в котором согласно способу производят подачу исходных сточных вод, первичное отстаивание сточных вод, аэрацию, вторичное отстаивание иловой смеси, озонирование, рециркуляцию ила и выпуск очищенной воды. Установка по этому источнику информации состоит из первичного отстойника, аэротенка с аэратором, вторичного отстойника, трубопроводов подачи сточной воды, удаления осадка, рециркуляции активного ила, выпуска очищенной воды, а также озонирования в первичном отстойнике, дополнительным отстойником, сообщенным с первичным отстойником, емкостью очищенной воды, и трубопроводами для осадка и активного ила, соединяющего нижние части всех отстойников. Однако данное техническое решение как в части способа, так и в части устройства очень сложно и загромождено излишними трубопроводами, а озонаторы установлены в неэффективных местах емкостей.

Известно техническое решение “Способ очистки сточных вод и установка для осуществления способа” по патенту России №2162062, кл. С 02 F 3/00, 1995 г. Способ заключается в том, что прерывают процесс активации при поступлении сточных вод в уравнивающий резервуар ниже установленного минимального уровня, выдерживают временную задержку в диапазоне от 30 до 90 минут, а затем производят перекачивание избыточного ила или ила с загрязненной водой из активационного резервуара в уравнивающий резервуар до рабочего уровня и возобновляют процесс активации. Устройство содержит уравнивающий резервуар с подводом сточных вод. датчиками уровня и насосом перекачки сырой воды для подачи ее в активационный резервуар, который снабжен аэрационной трубой, насосом перекачки ила из него в уравнивающий резервуар и патрубком для отвода воды во вторичный отстойник, снабженный насосом рециркуляции ила из него в активационный резервуар и выпуском чистой воды. Однако установка и способ не обеспечивают надежной и качественной очистки воды, так как фактически нет первичного отстойника и вода в так называемый вторичный отстойник из аэротенка - активационного резервуара поступает через патрубок барботированная. Кроме того, при перекачке ила из отстойника в аэротенк происходит нарушение процесса отстаивания очищенной воды. Конструкция устройства и способ являются энергоемкими, так как требуют постоянной перекачки сырой воды при недостаточном поступлении сточных вод в уравнивающий резервуар.

Наиболее близким техническим решением является “Способ для очистки сточных вод и устройство для его осуществления” по патенту РФ №2201405, кл. С 02 F 3/02, 2002 г. По данному способу осуществляют подачу сточных вод в уравнивающий резервуар с активным илом и последующую перекачку сырой воды в активационный резервуар, а из него в отстойник, перекачку ила из активационного резервуара в уравнивающий, задержку работы устройства и отвод очищенной воды, при этом предварительно задают два режима работы устройства - прямой и обратный, причем прямой больше обратного, а очищенную воду из отстойника подают в камеру с пористым фильтром, а из нее в выходной резервуар-ливневку, при этом устанавливают датчики уровня в уравнивающем и активационном резервуарах и при понижении уровня сточных вод в уравнивающем резервуаре ниже установленного уровня отключают работу устройства и производят задержку работы устройства на время, оставшееся от прямого режима, после задержки таймер автоматически осуществляет включение устройства на обратную перекачку сточных вод из активационного резервуара в уравнивающий до достижения заданного уровня в активационном резервуаре, затем отключают обратный режим работы устройства и производят задержку работы устройства на время, оставшееся от обратного периода, и автоматически возобновляют прямой режим. При рециркуляции ила и воды из активационного резервуара включают крупнопузырчатый аэратор и эрлифт отстойника. Устройство по данному техническому решению содержит корпус с крышкой, в котором размещены уравнивающий резервуар с активным илом и подводом сточных вод, насосом для перекачки сырой воды в снабженный биологической загрузкой активационный резервуар, имеющий подвод воздуха с аэратором, отвод сырой воды в отстойник и насос для перекачки ила, отстойник, выполненный с возможностью удаления ила и выпуском очищенной воды, блок управления, аэрационная камера с пористым фильтром и камера стабилизации ила с успокоителем, система аэрации резервуаров и камер и датчики уровней, установленные в уравнивающем и активационном резервуарах. Однако данное техническое решение несколько сложно по своей конструкции, так как имеются много переливных трубопроводов.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа и компактной установки, обеспечивающей достижение технического результата, заключающегося в получении высококачественных очищенных сточных вод, пригодных к использованию в сельскохозяйственных нуждах, снижение энергозатрат при интенсификации очистки, а также повышении эксплуатационной надежности работы установки и снижение трудоемкости как при ее изготовлении, так и при ее эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ очистки сточных вод включающий две фазы работы устройства и состоящий из подачи сточных вод в уравнивающий резервуар с активным илом и датчиком рабочего уровня, последующей перекачки сырой воды в активационный резервуар, поступление очищенной воды в отстойник, а из него в камеру с пористым фильтром, перекачку ила в камеру стабилизации ила и подачи воздуха в резервуары и камеры, отвод полностью очищенной воды, остановки работы устройства, в котором заполняют водой - уравнивающий резервуар и камеру с пористым фильтром не более чем на 50%, а активационный резервуар и камеру стабилизации ила не более чем на 100%, при этом в уравнивающем резервуаре устанавливают датчик максимального уровня сточных вод, камеру с пористым фильтром разделяют на верхний, нижний и боковой отсеки, а суточное время работы устройства разбивают на интервалы, фиксируемые таймером, с последовательно чередующимися первой и второй фазами работы устройства, включение первой фазы осуществляют таймером, при этом в первую фазу осуществляют перекачку сырой воды из уравнивающего резервуара в активационный резервуар, включают аэратор активационного резервуара, осуществляют перетекание биологически очищенной воды из него в отстойник, а из него перетекание отстоявшейся воды в верхний отсек камеры с пористым фильтром, последующее перетекание воды в нижний отсек и поступление ее в боковой отсек и перекачку полностью очищенной воды из бокового отсека в резервуар-ливневку, а продолжительность первой фазы определяют срабатыванием датчика рабочего уровня на понижение уровня воды в уравнивающем резервуаре, чем сокращают время остановки устройства, т.е. время отстоя, формируемого в конце первой фазы, подключение второй фазы осуществляют только при одновременном срабатывании таймера и датчика рабочего уровня, причем во вторую фазу осуществляют перекачку из уравнивающего резервуара сырой воды в активационный резервуар, а ила в успокоитель камеры стабилизации ила, перетекание вытесненной воды из камеры стабилизации ила в уравнивающий резервуар, перекачку ила из активационного резервуара в уравнивающий, включают работу аэратора уравнивающего резервуара, крупнопузырчатого аэратора отстойника и U-образного эрлифта отстойника по перекачке отстоянной воды в верхний отсек камеры с пористым фильтром, откачку загрязненной воды и пены из верхнего отсека камеры с пористым фильтром в уравнивающий резервуар, подачу воздуха в нижний отсек камеры с пористым фильтром, при этом производительность по перекачке ила из активационного резервуара устанавливают значительно больше производительности по перекачке сырой воды из уравнивающего резервуара.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для очистки сточных вод, включающее корпус с крышкой, в котором размещены уравнивающий резервуар с активным илом, датчиком рабочего уровня, подводом сточных вод, аэратором, насосом в трубчатом фильтре для перекачки сырой воды в снабженный биологической загрузкой активационный резервуар, содержащий подвод воздуха с аэратором, насос для перекачки ила и отстойник с крупнопузырчатым аэратором и U-образным эрлифтом, аэрационная камера с пористым фильтром, камера стабилизации ила с успокоителем, резервуар-ливневку и блок управления, при этом камера с пористым фильтром разделена на три отсека, два из которых верхний и нижний заполнены пористым фильтром и разделены горизонтальной глухой перегородкой и сообщаются посредством колпачковых фильтров, нижний отсек снабжен подводом воздуха, а в его перегородке в придонной ее части выполнено переливное отверстие в боковой отсек, верхний отсек снабжен прикрывающей пористый фильтр сеткой, в зоне которой установлен патрубок, соединенный с цилиндрической емкостью, снабженной насосом для перекачки загрязнений и пены в уравнивающий резервуар, а в боковом отсеке расположена цилиндрическая емкость с перфорированным дном, внутри которой установлен эрлифт для перекачки полностью очищенной воды в резервуар-ливневку, при этом один конец U-образного эрлифта установлен ниже уровня зеркала воды на 10-15 см, а другой связан с верхним отсеком камеры с пористым фильтром, а резервуар-ливневка снабжена насосом для откачки полностью очищенной воды.

На фиг.1 схематично представлено устройство для очистки сточных вод; на фиг.2 - горизонтальный разрез устройства для очистки сточных вод.

Устройство состоит из корпуса 1 с паронепроницаемой крышкой 2, в котором размещены все емкости для очистки воды. Крышка 2 выполнена с отбортовкой 3 по всему периметру, так что при закрытии корпуса 1 устройства отбортовка 3 охватывает стенки корпуса 1 и тем самым препятствует попаданию во внутрь корпуса 1 атмосферной влаги. Крышка 2 шарнирно закреплена (не показана) на корпусе 1 и снабжена утеплителем 4 по всей внутренней поверхности. Уравнивающий резервуар 5 снабжен подводом 6 сточных вод, насосом 7, установленным в трубчатом фильтре 8 грубых нечистот и предназначенным для перекачки сырой воды в активационный резервуар 9. Трубчатый фильтр 8 грубых нечистот выполнен перфорированным в его средней части, а во внутренней его нижней части установлен аэратор 10, обеспечивающий разгон крупных фракций от перфорированных отверстий. В уравнивающем резервуаре 5 установлены под трубчатым фильтром 8 крупнопузырчатый аэратор 11, придонный аэратор 12, а для откачки ила из уравнивающего резервуара установлен еще один донный насос 13 в трубчатом фильтре 14 с перфорацией в его нижней части. Аэратор 12 и фильтр 14 с насосом 13 разнесены по разным зонам в уравнивающем резервуаре 5 с целью исключения воздействия одного рабочего органа на другой. Уравнивающий резервуар снабжен датчиком 15 рабочего уровня воды и датчиком 16 максимального уровня сточных вод. Активационный резервуар 9 снабжен аэрационной трубой с распределительным аэратором 17, насосом 18 для периодической откачки ила в уравнивающий резервуар 5, биологической загрузкой 19. В активационном резервуаре 9 установлен отстойник 20, выполнен в виде усеченной перевернутой пирамиды с открытым нижним соплом 21, внутри отстойника 20 в верхней части установлен переливной трубопровод 22, выходное сопло которого заканчивается в верхнем отсеке 23 камеры 24, заполненной пористым фильтром 25, и эрлифт 26, выполненным в виде U-образной формы, один конец 27 которого расположен ниже уровня зеркала воды отстойника 20 на 10-15 см, а другой 28 связан с верхним отсеком 23 камеры 24 с пористым фильтром 25. Отстойник 20 снабжен также крупнопузырчатым аэратором 29, расположенным на поверхности воды отстойника и предназначен для разбивания биологической пленки на поверхности воды отстойника 20. Камера 24 разделена перегородками на три отсека, верхний отсек 23 и нижний 30 разделены горизонтальной глухой перегородкой 31 и заполнены пористым фильтром 25, причем пористый фильтр в обеих отсеках может быть как одинаков, так и разным. Сообщаются верхний отсек 23 и нижний 30 посредством колпачковых фильтров 32. Пористый фильтр верхнего 23 отсека закрыт прикрывающей его сеткой 33, выше которой в ее зоне расположен патрубок 34, а второй его конец соединен с цилиндрической емкостью 35, в которой установлен насос 36 для перекачки загрязнений и пены с сетки 33 пористого фильтра в уравнивающий резервуар 5. Вертикальная перегородка 37 снабжена придонным переливным отверстием 38, соединяющим нижний отсек 30 с третьим боковым отсеком 39, в котором установлена цилиндрическая емкость 40 с перфорированным дном и размещенным в ней эрлифтом 41 для перекачки полностью очищенной воды в резервуар-ливневку 42, также снабженную насосом 43 для откачки полностью очищенной воды для хозяйственных нужд. В нижний отсек 30 под давлением через трубопровод 44 подается воздух для очистки колпачковых фильтров 32 и регенерации пористого фильтра 25 в верхнем 23 и нижнем 30 отсеках. Камера 45 стабилизации ила снабжена успокоителем 46 и переливным трубопроводом 47, выходное сопло которого заканчивается в уравнивающем резервуаре 5, а входное - расположено на уровне зеркала ила камеры стабилизации ила. В корпусе 1 на перегородках установлен блок управления 48, а в активационном 9 и уравнивающем 5 резервуарах установлены балки жесткости 49, соединяющие большие по площади боковые стенки резервуаров 5 и 9 для компенсации и исключения давления со стороны грунта, причем в зависимости от объема резервуаров может быть установлено несколько балок жесткости, разнесенные по высоте.

Устройство для очистки сточных вод работает следующим образом. Загрязненные сточные воды через загрузочный подвод 6 корпуса 1 поступают в уравнивающий резервуар 5, являющийся одновременно накопителем, в котором происходит усреднение залповых сбросов. В накопительно-уравнивающем резервуаре 5 сточные воды аэрируются придонным аэратором 12 и предварительно частично очищаются активным илом, всегда присутствующим в нем, который перекачивается иловым насосом 18 из активационного резервуара 9 в уравнивающий 5. В уравнивающем резервуаре под трубчатым фильтром 8 установлен крупнопузырчатый аэратор 11, который способствует разбиванию крупных фракций сточных вод, скапливающихся именно в зоне перекачки воды в активационный резервуар 9. Из резервуара 5 предварительно очищенные воды посредством насоса 7 поступают в активационный резервуар 9, в котором происходит следующий этап биологической очистки сточных вод как с помощью активного ила, так и биологической загрузкой 19. Насос 7 заключен в трубчатый фильтр 8 грубых нечистот, который выполнен перфорированным в средней части, при этом в нижней части трубчатого фильтра установлен аэратор 10, выполняющий две функции: как аэратора воды, отсасываемой насосом 7, так и средства, разбивающего частицы, прошедшие через перфорацию, чтобы исключить забивание насоса 7. В придонной части уравнивающего резервуара 5 установлен насос 13 в трубчатом фильтре 14, снабженной перфорацией, в его нижней части который перекачивает отработанный ил в успокоитель 46 камеры 45 стабилизации ила при наличии осадка активного ила в уравнивающем резервуаре 5. Активационный резервуар 9, обычно называемый аэротенком, снабжен аэрационной трубкой с распределительным аэратором 17, расположенным в придонной части активационного резервуара 9, благодаря чему кислород воздуха поднимается вверх, пронизывает весь слой воды и обеспечивает жизнедеятельность аэробных бактерий, которые образуют слой активного ила. Аэратор 17 обеспечивает полное и равномерное барботирование сточных вод по всему периметру активационного резервуара 9. В нижней части активационного резервуара 9 происходит осаждение и накопление активного ила - слой А, а в зоне этого слоя установлен насос 18 для перекачки наиболее активного ила в уравнивающий резервуар 5. В активационном резервуаре 9 размещен отстойник 20, причем его нижнее сопло 21 расположено на высоте одной пятой от дна активационного резервуара, выше илового слоя А, и вода по закону сообщающихся сосудов поднимается через сопло 21 в отстойник 20, где вода отстаивается, и уже отстоянная и успокоенная вода либо посредством трубопровода 22 перетекает в верхний отсек 23 аэрационной камеры 24 с пористым фильтром 25, либо посредством U-образного эрлифта 26 перекачивается в верхний отсек 23 аэрационной камеры 24 с пористым фильтром. При образовании на поверхности воды в отстойнике 20 биологической пленки периодически включается крупнопузырчатый аэратор 29, который разбивает пленку и она удаляется эрлифтом 26 в верхний отсек 23 аэрационной камеры 24 с пористым фильтром. Крупнопузырчатый аэратор 29 включается одновременно с перекачкой ила насосом 18 и эрлифтом 26. Верхний 23 и нижний 30 отсеки аэрационной камеры 24 могут быть заполнена песком или другим пористым фильтром. Поступившая биологически очищенная вода из отстойника 20 на сетку 33 верхнего 23 отсека стекает вниз, очищаясь, дополнительно еще фильтруется колпачковыми фильтрами 32, проходит в нижний 30 отсек и через перепускное отверстие 38 поступает полностью очищенная вода в боковой 39 отсек камеры 24, а затем полностью очищенная вода насосом 41 перекачивается в резервуар-ливневку 42 и далее насосом 43 подается на хозяйственные нужды. При поступлении воды из аэрационного резервуара 9 на сетку 33 верхнего отсека 23 аэрационной камеры 24, образуется пена и могут попасть какие то включения, которые всплывают в воде камеры 24, для чего над сеткой 33 верхнего отсека 23 камеры 24 установлен патрубок 34. Всплывающая пена и загрязнения переливаются через патрубок 34 в цилиндрическую емкость 35, из которой насос 36 откачивает эти загрязнения в уравнивающий резервуар 5. Для периодической промывки и очистки пористого фильтра 25 и колпачковых фильтров 32 периодически подается воздух в нижний 30 отсек через трубу 44, все загрязнения поднимаются выше сетки 33 и через патрубок 34 насосом 36 откачиваются в уравнивающий резервуар 5. Работа устройства по очистке сточных вод полностью автоматизирована, так как установка снабжена блоком управления 48, автоматически управляющим работой всеми насосами по заранее заданной программе. Блок управления 48 установлен в верхней части корпуса и при закрытии крышкой 2 отделяется от общего пространства устройства, а благодаря утеплителю крышки предохраняется от влажных испарений устройства. При открытой крышке обеспечивается легкий доступ ко всем резервуарам устройства и блоку управления.

Согласно способу устройство работает следующим образом. При выборе устройства всегда заранее знают, на какой объем сточных вод оно должно быть рассчитано. В связи с этим согласно предложенному способу предварительно задают продолжительность фаз работы устройства, т.е. суточное время разбивают на интервалы, фиксируемые таймером, с последовательно чередующимися первой и второй фазами. В соответствии с предложенным способом смонтированное устройство предварительно заполняют чистой водой - уравнивающий резервуар и камеру с пористым фильтром не более чем на 50%, а активационный резервуар и камеру стабилизации ила не более чем на 100%, устанавливают датчик 16 максимального рабочего уровня в уравнивающий резервуар и включают датчик 15 рабочего уровня. Начинает работать первая фаза, в процессе которой осуществляют перекачку сырой воды из уравнивающего резервуара 5 в активационный резервуар 9 и перетекание биологически очищенной воды из него в отстойник 20 через нижнее сопло 21 в соответствии с законом сообщающихся сосудов. В отстойнике 20 воду отстаивают и она успокаивается, а ил осаждается в придонной части отстойника, а из отстойника отстоявшаяся вода перетекает по трубопроводу 22 в верхний отсек камеры с пористым фильтром, где она окончательно фильтруется, проходит через колпачковые фильтры в нижний отсек и через перепускное отверстие поступает в боковой отсек камеры с пористым фильтром, откуда ее перекачивают в резервуар-ливневку 42, откуда ее подают насосом 43 для хозяйственных нужд. В первую фазу работает аэратор активационного резервуара. Продолжительность первой фазы зависит от поступления сточных вод, как только срабатывает рабочий датчик на понижение уровня сточных вод в уравнивающем резервуаре, производится остановка подачи воздуха в резервуары и камеры устройства и перекачивающих насосов, т.е. наступает фаза отстоя воды. Чем длиннее первая фаза, тем может быть короче время отстоя. Если в фазе отстоя произойдет большое поступление стоков, то она прерывается и принудительно включается первая фаза. Вторая фаза наступает только при одновременном срабатывании таймера и рабочего датчика на понижение уровня воды в уравнивающем резервуаре 5. Во вторую фазу осуществляют перекачку из уравнивающего резервуара сырой воды в активационный резервуар, а ила в успокоитель камеры стабилизации ила, перетекание-вытеснение воды из камеры стабилизации ила в уравнивающий резервуар, перекачку ила из активационного резервуара в уравнивающий, осаждение ила из отстойника через сопло в активационный резервуар, включают работу аэратора уравнивающего резервуара, крупнопузырчатого аэратора и U-образного эрлифта отстойника, откачку загрязненной воды с пеной из верхнего отсека камеры с пористым фильтром в уравнивающий резервуар и подачу воздуха в нижний отсек камеры с пористым фильтром. После завершения второй фазы, длительность которой определяется таймером, работа устройства переводится в первую фазу. Если за время работы устройства во второй фазе произойдет массовый сброс сточных вод, то срабатывает датчик максимального уровня и переводит работу устройства в принудительную первую фазу на понижение до рабочего уровня сточных вод. При заполнении камеры стабилизации ила стабилизационным илом производят выемку один раз в полгода этого ила и использование его в качестве отличнейшего удобрения.