Способ очистки сточных вод и переработки осадка в органические удобрения

Предлагаемое изобретение относится к комплексной очистке сточных вод и предназначено для очистки стоков от индивидуальных домов, малых, средних и больших населенных пунктов, а также промышленных предприятий с последующей переработкой осадка в органические удобрения.

Известно устройство для очистки сточных вод (патент RU №2509733, МПК C02F 3/02), содержащее биореактор и аэротенк-осветлитель. Биореактор, совмещенный с камерой аэрации и встроенный во внутреннюю полость аэротенка-осветлителя, представляет собой полый цилиндр, установленный на ножках, опирающихся на плоское днище аэротенка-осветлителя. Внутри цилиндра расположены ярусами попеременно чередующиеся наклонные поверхности в виде чашек с полым дном, жестко прикрепленные к стенке цилиндра, и конусов, которые крепятся к стенке с помощью гибких тяг. Устройство подачи сжатого воздуха расположено под нижним ярусом чашек и выполнено в виде патрубка с пористым керамическим наконечником. Камера осветления расположена в кольцевой полости аэротенка-осветлителя и содержит в нижней ее части автономный источник подачи воздуха. Механизм очистки, выполненный в виде кольцевых труб, содержит распылитель жидкости.

Наиболее близким по технической сущности является известная установка для очистки сточных вод, состоящая из аэротенка-осветлителя с трубопроводами подачи сточных вод и отвода осветленной жидкости, и биореактора. Аэротенк-осветлитель выполнен в виде открытой сверху емкости, разделенной вертикальной внутренней оболочкой на внутреннюю камеру осветления с колпаками и наружную камеру аэрации со струйными аэраторами в ее верхней части. Аэротенк-осветлитель соединен с биореактором с помощью трубопровода (патент РФ №2165392, МПК C02F 3/02).

Существенными недостатками указанных устройств являются:

- необходимость наличия буферных резервуаров-усреднителей большой емкости для поступающих сточных вод ввиду неравномерности суточного поступления;

- использование микроорганизмов путем размножения в процессе очистки.

Всесторонне проведенное исследование потребовало от ученых посмотреть по-новому на очистные сооружения, способствующие возникновению адаптациогенеза бактерий к антибиотикам, и найти более эффективные барьеры для их распространения, чем хлорирование. Осадки сточных вод (ОСВ) очистных сооружений представляют собой биологически опасные токсичные отходы, не подлежащие вывозу на полигоны бытовых отходов. Осадки - постоянно возобновляемые отходы, (объемы составляют не менее 3% от общего объема сточных вод), в настоящее время практически не утилизирующиеся (http://ztbo.ru/o-tbo/lit/problemi-rekultivacii-otxodov/adaptaciya-texnologii-obezzarazhivaniya-i-obezvrezhivaniya-osadka-stochnix-vod-v-strukturnix-podrazdeleniyax-fili).

На территории России выделяется ряд регионов, где существует реальная угроза ухудшения экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки, возникновения чрезвычайных ситуаций из-за аварий в системах очистных сооружений, станций аэрации, прудах-накопителях и так далее. Только в Москве на очистных сооружениях ежегодно образуется миллионы тонн осадков. Для их складирования (депонирования) заняты значительные площади, а экологически безопасная переработка требует привлечения материально-технических ресурсов.

Предлагаемое изобретение исключает развитие патогенной и мутирующей микрофлоры (биоферментаторов), позволяет на стадии приема стоков получить стерильную воду и все остальные включения. Далее разделить по фракциям и работать уже со стерильными компонентами. В существующих технологиях мира происходит иной процесс: сначала выращивается в биоферментаторах вся возможная микрофлора, причем присутствие в стоках антибиотиков и различных токсинов повышает их устойчивость. Далее они выбрасываются в реки, озера, моря практически необезвреженными. Вновь выведенные микроорганизмы мутируют и могут представлять угрозу куда более страшную, чем биологическое оружие.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение качества и эффективности очистки сточных вод путем стерилизации отходов на всех этапах с последующей переработкой их в органические удобрения.

Технический результат достигается тем, что сточные воды поэтапно подвергаются химико-физической обработке. При этом отделяют растворенные и взвешенные компоненты входящих примесей с последующим удалением сухого осадка. На сточные воды на всех этапах очистки воздействуют озоном и дополнительным окислителем, получают и далее работают только со стерильными компонентами. При этом, в установке комплексной механической очистки сточные воды пропускают через три узла напорной электрофлотации, оснащенные блоками электрохимического окисления, тонкодисперсной аэрации через керамические мембраны, механической фильтрации и скребками для сбора пены. В отделяемый осадок вводят консорциум почвенных микроорганизмов, осуществляющих микробиологическую переработку труднодоступных органических и неорганических соединений в доступную для растений форму (биогумус, органические удобрения).

Таким образом, заявляемый способ для очистки сточных вод соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень». Предлагаемый способ очистки сточных вод пригоден к осуществлению промышленным путем.

Предполагаемое изобретение поясняется чертежами, где

- на Фиг. 1 - представлена схема очистки сточных вод;

Очистка сточных вод осуществляется в несколько этапов на специализированной станции. Станция оснащена установками различной функциональной направленности:

- сливная 1;

- комплексной механической очистки 2;

- фильтры разделения 3;

- фильтр доочистки 4;

- осветлительные фильтры 5;

- траншеи ферментации 6;

- емкость окислителя 7.

Ассенизаторская машина, подъезжая к станции, для загрузки ила подключается через задвижку с электроприводом к сливной установке 1, оборудованной барабанной решеткой с перфорацией, где сточные воды процеживаются, подвергаются воздействию озона и дополнительного окислителя и поступают на дальнейшие процессы (промывку, транспортировку и удаление воды, а твердые отходы удерживаются, промываются и прессуются). Барабанная решетка и секция уплотнения имеют функцию непрерывной самоочистки посредством комплекса форсунок. Вращаясь вокруг своей оси, барабан транспортирует отходы в бункер, расположенный в центре, откуда расположенный внутри трубчатого конвейера шнек транспортирует их на следующие этапы обработки, во время которых вымываются органические вещества. После чего они уплотняются и обезвоживаются в зоне уплотнения, выгружаются из выпускного отверстия.

В установке комплексной механической очистки 2 сточные воды проходят три узла напорной электрофлотации, оснащенные блоками электрохимического окисления, тонкодисперсной аэрации через керамические мембраны, механической фильтрации и скребками для сбора пены. Сточные воды перекачивают в резервуар, где сепарируются: жиры всплывают, песок оседает на донной части резервуара, благодаря процессу медленного перемешивания. Далее сточные воды проходят через отверстия в барабане шнекового конвейера, механические примеси оседают на его внутренней поверхности. Шнек, медленно вращаясь, щетками счищает осадок с барабана и транспортирует его в прессующий и обезвоживающий модуль. Обезвоженный осадок подается к зоне выгрузки в верхней части агрегата. После окончания цикла работы резервуар промывается, песок и жир удаляются.

Далее стоки поступают в фильтры разделения 3, работающие по принципу центробежного разделения продуктов с различным удельным весом. Требуемый режим работы достигается подачей исходного продукта от насоса под давлением 0,08÷0,30 МПа во входные камеры фильтров разделения 3. Одновременно через инжекторы подается озон с дополнительным окислителем. Под действием давления, озона, дополнительного окислителя и центробежных сил происходит взаимодействие ранее непровзаимодействовавших частиц (металлы, споры, бактерии, вирусы и так далее), которые переходят в нерастворимый осадок. Происходит сепарация частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепарирования частиц превышает скорость осаждения эквивалентных частиц в поле гравитации в сотни раз. Разделенные продукты выводятся через отдельные выходные отверстия.

Сточные воды поступают на фильтр доочистки 4. Основным элементом фильтра доочистки 4 является фильтрующий сегмент, обтянутый фильтровальной тканью. Вода, поступающая во внутреннее пространство фильтрующего сегмента, обрабатывается озоном и дополнительным окислителем, затем выводится наружу сквозь ткань, задерживающую мелкие загрязнения, перемещаемые затем в бак для сброса отходов с помощью автоматической системы промывки. Очистка воды осуществляется пропусканием воды в низконапорном режиме через микросетки с размерами пор 10 мкм (то есть 0,01 миллиметра). При подаче на фильтр доочистки 4 максимальное содержание взвешенных веществ - 15 мг/л. На выходе из фильтра доочистки 4 концентрация взвешенных веществ 3÷6 мг/л.

Впоследствии стоки подаются в осветлительные фильтры 5 под давлением. Сорбционным наполнителем в осветлительных фильтрах 5 может быть кварцевый песок, цеолит, шунгит или активированный уголь. Сквозь поток сточных вод пропускается озон и дополнительный окислитель, под воздействием которого повышается качество очистки воды. Дополнительно проводится обеззараживание очищаемой воды ультрафиолетом.

Стерильный осадок, образующийся на всех этапах очистки, подается в специализированные траншеи ферментации 6 для полной переработки в органические удобрения (биогумус). Продолжительность процесса ферментации 3÷5 дней. Катализатором выступает специально добавляемый в иловый осадок консорциум почвенных микроорганизмов. Указанный консорциум микроорганизмов способен осуществлять микробиологическую трансформацию труднодоступных органических и неорганических соединений в доступную для растений форму. За счет этого почва обогащается биологически доступным азотом и не оказывается отрицательное воздействие на плодородие почвы. По окончанию процесса ферментации консорциум микроорганизмов теряет свою жизнеспособность и способность к размножению по причине истощения питательной для себя среды.

На всех этапах очистки сточных вод предусматривается введение окислителя, поступающего из емкости окислителя 7. Он применяется как для обеззараживания, так и для деструкции трудно-окисляемых органических загрязнений. Этот тип загрязнений представлен в сточных водах многочисленными классами красителей, поверхностно-активных веществ, пестицидов и других. Сточные воды, прошедшие очистку предлагаемым способом, соответствуют санитарным нормам и требованиям, принятым в Российской Федерации.

Если сброс сточных вод в водоемы запрещен, а повторное их использование невозможно, в местностях с высокой испаряемостью (годовой слой испарения превышает годовой слой осадков не менее чем на 200 мм) сточные воды после очистки направляются в испарительные пруды. Пруды-испарители предназначаются для естественного испарения вод после предварительной очистки. Как правило, они состоят из трех секций, огражденных дамбами.

Предлагаемый способ очистки сточных вод также эффективен для очистки питьевой воды при условии применения микрофильтрации с размерами пор до 0,5 мкм.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно повысить качество очистки сточных вод.