Комплектно-блочная модульная очистная установка заводского изготовления с подготовкой выделяемых осадков к утилизации

Полезная модель относится к устройствам для очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод, а также ландшафтных сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве сел, поселков, туристских комплексов, баз отдыха, ландшафтных стоков с территории зверохозяйств, промышленных предприятий, в стоках которых имеется недопустимое для выпуска в водоем содержание азота аммонийного. Комплектно-блочная модульная очистная установка заводского изготовления с подготовкой выделенных осадков к утилизации включает устройство фильтрующее самоочищающееся, усреднитель расходов и состава сточных вод, биореакторы нитриденитрификации с каркасами для крепления ершовой насадки, узел приготовления и дозирования реагентов, тонкослойный отстойник с регенерируемым полочным пространством, пуролатовый фильтр, ультрафиолетовое обеззараживающее оборудование, воздуходувки с воздуховодами и барботерами аэрации, эрлифты и насосы перекачки воды и осадков, аэробный минерализатор-сгуститель, мешковые обезвоживатели. В установке биореакторы с ершовой насадкой установлены длинной стороной в высоту для получения глубины слоя воды более 5 м, биореакторы нитрификации выполнены в 3 ступени, две из которых по ходу процесса очистки имеют непрерывно работающие барботеры аэрации под кассетами с ершовой насадкой, а третья ступень снабжена эрлифтными аэраторами, двумя обособленными отсеками и включаемыми через магнитные клапаны барботерами регенерации, тонкослойный отстойник противоточного типа размещен внутри аэробного минерализатора-сгустителя и включен на этапе пусконаладочных работ в схеме очистки между третьей ступенью нитрификации и пуролатовым фильтром, а в режиме постоянной эксплуатации задействован для сгущения регенерационных вод и иловой смеси аэробного минерализатора-сгустителя перед подачей в мешковое обезвоживающее устройство.

1 с.п. формулы, 3 илл.

Полезная модель относится к устройствам для очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве сел, поселков, туристических комплексов, баз отдыха, ландшафтных стоков с территорий зверохозяйств, промышленных предприятий, в стоках которых имеется содержание азота аммонийного, недопустимое для выпуска очищенных вод в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Известно использование для очистки сточных вод нестабильных расходов и составов вышеназванных объектов канализования установок комбинированной (физико-химической и биологической) очистки сточных вод [1], включающих реагентную обработку стоков коагулянтами и флокулянтами, отстаивание и биологическую доочистку в сооружениях нитрификации с задействованием микроорганизмов anammox. Однако длительный период становления биоценоза микроорганизмов anammox и сложность получения нитритов для эффективной работы бактерий anammox, а не нитратов, не позволили широко применить известную конструкцию установок [1]. Кроме того, традиционно задействуемые установки блочно-модульной конструкции, изготовляемые в заводских условиях, доставляются на площадку строительства автомобильным транспортом и имеют ограничения размеров по ширине и высоте, что и определило слой воды в них на уровне 2.52.6 м. А коэффициент полезного использования кислорода воздуха в биореакторах такой глубины почти вдвое ниже, чем при глубине биореакторов 5 м. Задача полезной модели - снижение эксплуатационных затрат комплектно-блочной модульной очистной установки заводского изготовления при стабильно высоком качестве очищенной воды и меньших размерах площадки под фундамент очистной установки.

Поставленная задача решается за счет того, что в известной конструкции установки, имеющей УФС для процеживания сточных вод, усреднитель расходов и состава сточных вод, биореакторы нитрификации с кассетами для крепления ершовой насадки, тонкослойный отстойник противоточного типа с регенерируемым полочным пространством, пуролатовым фильтром доочистки стоков, устройством УФО, мешковое устройство обезвоживания выделяемых осадков и термостатом для обеззараживания обезвоженных осадков, блок-контейнеры биореакторов выполняют длинной стороной в высоту, с глубиной слоя воды не менее 5 м, тонкослойный отстойник задействуют в качестве сгустителя регенерационных вод и избыточного ила аэробного минерализатора, биореакторы нитрификации выполнены в три ступени, при этом первые две ступени снабжены барботерами аэрации, непрерывно работающими под каркасами с ершовой насадкой, а третья ступень, имеющая два обособленных отсека, эрлифтной системой аэрации и периодически включаемыми барботерами регенерации под кассетами с ершовой насадкой.

Анализ известных технических решений, относящихся к устройствам для очистки сточных вод, в аналогичной комбинации и их взаимном расположении показал, что технических решений, содержащих ту же совокупность существенных признаков, что и в заявляемой установке, не обнаружено.

Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемая установка соответствует критерию «новизна».

Анализ выявленных отличительных от прототипа существенных признаков показал, что такие или сходные с ними признаки в известных технических решениях с такой совокупностью размещения и взаимного расположения не обнаружены, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемая установка соответствует критерию «существенные отличия».

Конструкция комплектно-блочной модульной очистной установки заводского изготовления с подготовкой выделенных осадков к утилизации поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен общий вид одной секции очистной установки; на Фиг.2 приведена технологическая схема очистки сточных вод и обработки выделяемых осадков; на Фиг.З показан план второго этажа очистной установки с размещением биореакторов и оборудования.

Обозначения на Фиг.1-3:

1. Канализационный коллектор

2. КНС сети канализации

3. Насос

4. Напорный трубопровод подачи стоков в очистную установку

5. УФС

6. Ящик для отбросов

7. Усреднитель расходов сточных вод

8. Насос подачи стоков на очистку

9. Напорный трубопровод

10. Денитрификатор

11. Кассета для крепления насадки

12. Ершовая насадка

13. Барботеры аэрации

14. Воздуховод

15. Воздуходувка

16. Нитрификатор I ступени

17. Глубинный переток

18. Перегородка между

19. Поверхностный переток

20. Нитрификатор II ступени

21. Сифонный переток из 20 в 22

22. Нитрификатор III ступени

23. Барботеры регенерации

24. Эрлифт аэрации в нитрификаторе III ступени

25. Тонкослойный отстойник

26. Аэробный минерализатор-сгуститель

27. Пуролатовый фильтр доочистки

28. Обводная труба подачи стоков на доочистку в 27

29. УФО

30. Выпуск очищенных вод в водоем

31. Эрлифт рециркуляции иловой смеси

32. Трубопровод подачи рециркуляционного расхода сточных вод

33. Трубопровод отвода осадка на обезвоживание

34. Насос перекачки осадка

35. Мешок для обезвоживания осадка

36. Дренажная вода

37. Термостат

38. Обезвоженный и обеззараженный осадок для утилизации

39. Ввод флокулянта

40. Узел приготовления раствора флокулянта

41. Дверной проем с дверью

42. Шкаф

43. Раковина

44. Стол

45. Стул

46. Помещение обслуживающего персонала и размещения оборудования

47. Ограждение

48. Наружная лестница

Секция комплектно-блочной модульной очистной установки заводского изготовления Фиг.1 состоит из 5 блок-контейнеров: один - нижний, длинной стороной горизонтально, задействован под усреднитель 7 расходов и состава сточных вод, один - верхний, длинной стороной горизонтально, задействован под помещение 46 для размещения оборудования и обслуживающего персонала; три емкостных блок-контейнера, установленных длинной стороной вертикально. В блок-контейнере 46 Фиг.3 установлены две УФС 0/1 5 для процеживания исходной сточной воды, поступающей от насоса 3 КНС 2 сети канализации 1 по напорному трубопроводу 4. Отбросы с УФС 5 скатываются в ящики 6 для накопления перед выгрузкой в мешки 35 и обеззараживанием в термостате 37. В блок-контейнере 46 находится также лестница 40 для выхода на площадку биореакторов, 10, 20 через дверь 41, две воздуходувки 15, электрощит 39, шкаф 42 для рабочей одежды обслуживающего персонала, стол 44, стул 45, раковина 43 и двери 41 входная и в перегородке. Для входа в блок-контейнер 46 имеется наружная приставная лестница 48 Фиг.1. В блок-контейнере 7 усреднителя Фиг.2. расположен погружной насос 8 подачи по напорному трубопроводу 9 расчетным расходом сточную воду в емкость денитрификатора 10, занимающим четверть одного из емкостных вертикальных блок-контейнеров. Внутри денитрификатора 10 размещены 2 шт кассеты 11 для крепления ершовой насадки 12. По днищу денитрификатора 10 уложены под кассетами 11 барботеры 13 аэрации, сообщенные через магнитный клапан с воздуховодом 14, получающим воздух от воздуходувок 15 (одна рабочая, одна резервная). Через глубинный переток 17 денитрификатор 10 сообщается с нитрификатором I ступени 16, разделенным в блок-контейнере сплошной перегородкой 18. Нитрификатор I ступени 16 имеет 2 отсека такие же 4 кассеты 11 с ершовой насадкой 12, как и денитрификатор 10 и барботеры 13 аэрации, сообщенные без магнитных клапанов, но через управляемую запорно-регулирующую арматуру с воздуховодом 14. Из нитрификатора I ступени 16 сточная вода по поверхностному перетоку 19 перетекает в нитрификатор II ступени 20. По аналогии с нитрификатором I ступени в нитрификаторе II ступени, выполненном из трех отсеков, размещены 6 кассет 11 с ершовой насадкой 12 и барботеры 13, сообщенные через управляемую запорнорегулирующую арматуру с воздуховодом 14. Отличие имеется в ершовой насадке 12. Если в нитрификаторе I ступени 16 ерши жесткие из лески или щетины с сечением волокон 0.20.27 мм, то в нитрификаторе II ступени ершовая насадка 12 наряду с волокнами лески или щетины сечением 0.20.27 мм имеет до 10% по весу супертонких капроновых волокон диаметром 15 мкм. Из нитрификатора II ступени 20 посредством сифонных перетоков 21 сточная вода перетекает в два обособленных отсека нитрификатора III ступени 22. В отсеках нитрификатора III ступени 22 помещено по 2 кассеты 11 с ершовой насадкой 12, составленной из смеси лески или щетины d=0.20.27 мм и 20% по весу супертонких капроновых волокон d=15 мкм.

Непрерывно в отсеках нитрификатора III ступени 22 работает система эрлифтных аэраторов 24, забирающих воду в нижней части отсеков и в виде водовоздушной смеси выбрасывающих воду в надводную часть отсеков. Под кассетами 11 имеются и барботеры регенерации 23, включаемые в работу посредством магнитных клапанов на трубах, сообщающих барботеры регенерации 23 с воздуховодом 14. Эрлифты 24 не только обеспечивают циркуляцию сточной жидкости внутри отсеков, но и подают ее в трубопровод 32 рециркуляционного расхода сточных вод.

В период регенерации ершовой насадки 12 в одном из отсеков нитрификатора III ступени 22 эрлифтные аэраторы 24 подают иловую смесь в тонкослойный отстойник 25, размещенный внутри емкости аэробного минерализатора-сгустителя 26.

Из тонкослойного отстойника 25 осветленная вода совместно с водой, поступающей из нерегенерируемого в этот момент отсека нитрификатора III ступени 22 по трубопроводу 28 протекает в пуролатовый фильтр 27 доочистки сточных вод. Пуролатовых фильтров 27 также 2 штуки и они разделены перегородкой 17. Из фильтров 27 доочищенный сток поступает в устройство УФО 29 и далее на выпуск 30 в поверхностный водоем. Промывные воды из пуролатовых фильтров 27 также осветляются в тонкослойном отстойнике 25 вместе с дренажной водой, поступающей по трубопроводу 36 из мешков 35 обезвоживания уплотненных в аэробном минерализаторе-уплотнителе осадков. Для сгущения осадков в аэробном минерализаторе-уплотнителе 26 предусмотрен насос 34, перекачивающий иловую смесь на тонкослойный отстойник 25, а после достижения проектной влажности в мешки 35 по трубопроводу 33 для обезвоживания. Из пирамидального поддона тонкослойного отстойника 25 предусмотрена откачка осадка эрлифтом 31 либо в денитрификатор 10 по трубопроводу 32, либо в аэробный минерализатор-уплотнитель 26.

Мешки 35 по достижению проектной влажности помещаются в термостат 37 частично для подсушки, а в основном для прогрева до температуры 80°С для обеззараживания и подготовки к вывозу на утилизацию обезвоженного осадка в зеленом хозяйстве в качестве органо-минерального удобрения. Мешки 35 могут дообезвоживаться на площадке биореакторов в пределах ограждения 47, Фиг.1, т.к. сверху биореакторы закрыты сетчатым профнастилом с люками для осмотра и проведения профилактических работ. Работает комплектно-блочная модульная очистная установка заводского изготовления с подготовкой выделенных осадков к утилизации следующим образом.

Исходный сток из канализационной сети Фиг.2 по коллектору 1 поступает в канализационную насосную станцию (КНС) 2, насосы 3 которой по напорному трубопроводу 4 подают сточную воду в УФС 5 для процеживания через сито с прозорами 2 мм. Отбросы, задержанные на сите, потоком воды сгоняются в ящик 6, периодически ящик 6 опорожняется в мешки 35 для обезвоживания перед прогревом до 80°С в термостате 37 перед вывозом на мусоропереработку. Из УФС 5 сточная вода стекает в усреднитель 7 расходов и состава сточных вод. Из усреднителя 7 погружным насосом 8 сточная вода по трубопроводу 9 подается в денитрификатор 10. В денитрификатор 10 поступает и рециркуляционный поток иловой смеси или осветленной сточной воды из отсеков нитрификатора III ступени 22, приносящий нитраты, полученные окислением азота аммонийного биоценозами первой и второй ступеней нитрификации. Удерживаемый ершовой насадкой 12 на каркасах 11 в объеме денитрификатора 10 биоценоз денитрифицирующих микроорганизмов окисляет органические примеси, привносимые с исходной сточной водой. В денитрификаторе 10 работают и гидролитические бактерии, производящие деструкцию взвешенных веществ, поступающих с исходным стоком. Продукция гидролитических бактерий является резервом органического питания для денитрифицирующих микроорганизмов в часы резкого снижения растворенных органических веществ в исходном стоке. В денитрификаторе 10 ершовая насадка обрастает микроорганизмами и взвешенными веществами в 2 и более раз сильнее, чем в ступенях нитрификации потому, что здесь, с одной стороны, находятся слизеобразующие бактерии, а, с другой стороны, потому, что отсутствует непрерывный барботаж воздухом барботерами аэрации 13, сообщенными через магнитные клапаны с воздуховодом 14 и далее воздуходувками 15.

Единовременно с помощью одного магнитного клапана включается аэрация только под одной нижней кассетой 11 и барботаж продолжается не более 10 минут, поэтому удаляется с ершовой насадки 12 ограниченное количество биомассы. Цель барботажа - исключение развития сульфатредукции, восстановление массообмена между прикрепленными на ершовой насадке микроорганизмами и сточной водой. Массообмен в денитрификаторе поддерживается постоянно выделяющимся газообразным азотом, продуктом денитрификации, но поскольку его не так много, чтобы разрушать слизистые образования комьев, то нужен барботаж воздухом. Из денитрификатора 10 сточная вода по глубинному перетоку 17 в перегородке 18 поступает в нитрификатор I ступени 16. В нитрификаторе I ступени 16 барботеры аэрации 13 работают постоянно и биоценоз прикрепленных микроорганизмов снабжается кислородом воздуха в достаточном количестве не только для окисления органических веществ, но и для нитрификации азота аммонийного. Ершовая насадка 12 в нитрификаторе I ступени 16 менее обросшая биоценозом, чем в денитрификаторе 10, но его еще много, т.к. бактерии еще слизеобразующие и прикрепляются прочно. Тем не менее в нитрификаторе I ступени 16 желательно иметь мелкопузырчатую аэрацию для снижения турбулентности восходящего потока водовоздушной смеси. Именно в нитрификаторе I ступени 16 очень важно соблюдать кислородный режим и здесь особенно необходима большая глубина слоя воды для рационального использования кислорода воздуха, барботеры должны быть установлены по всему днищу, под всеми кассетами 11 этой ступени.

Через поверхностный переток 19 сточная вода перетекает из нитрификатора I ступени 16 в нитрификатор II ступени 20. На II ступени биоценоз нитрифицирующих микроорганизмов выполняет основную работу по окислению азота аммонийного, поэтому содержание растворенного в воде кислорода должно быть в этой ступени не менее 4 мгО₂/л, а поверхность для удерживания биоценоза нитрификаторов возможно большая. Поэтому в нитрификаторе II ступени 20 в насадке 12 использованы супертонкие химические волокна. Барботеры аэрации 13 аналогичны как и в биореакторах I ступени 16.

Для максимального исключения проскока неокисленного азота аммония в нитрификатор III ступени 22 переток из II ступени в III ступень организован посредством сифонной трубы 21, забирающей воду с придонной части II ступени и нитрификатор II ступени выполнен из трех последовательных отсеков. В нитрификаторе III ступени система аэрации исключительно через эрлифт 24. Ершовая насадка 12 на 20% по весу состоит из супертонких химических волокон. Задача нитрификатора III ступени 22 обеспечить задержание избытка микроорганизмов, вынесенных сточной водой из предыдущих ступеней биореакторов, завершить окисление азота аммонийного и за счет деятельности простейших и мелких животных, ползающих по ершовой насадке 12, обеспечить минерализацию приросших на предыдущих ступенях биореакторов микроорганизмов. Производительность эрлифта 24 такова, что она обеспечивает и рециркуляцию возвратного потока воды в денитрификатор 10 и поддержание кислородного режима в нитрификаторе III ступени.

По мере исчерпания адгезионной емкости ершовой насадки 12 в отсеках нитрификатора III ступени 22 поочередно осуществляют регенерацию ершовой насадки 12 в отсеках. При регенерации ершей в одном из отсеков в нитрификаторе III ступени 22 посредством открывания магнитного клапана на подводке воздуха к барботерам 23 регенерации эрлифт 24 в этом отсеке переключается посредством еще одного магнитного клапана на подачу иловой смеси в тонкослойный отстойник 25. Сорванные взвеси с ершовой насадки 12 отсека нитрификатора III ступени оседают в поддоне тонкослойного отстойника 25, а надиловая вода вытекает и подключается в обводную трубу 28 подачи осветленной воды на доочистку в пуролатовый фильтр 27. Осадок из поддона тонкослойного отстойника 25 посредством эрлифта 31 отводится в аэробный минерализатор-сгуститель 26. В период проведения пусконаладочных работ ил, задерживаемый тонкослойными отстойниками 25, возвращается по трубе 32 в денитрификатор 10. В аэробный минерализатор-сгуститель 26 по трубопроводу 36 отводится и дренажная вода из мешков 35 обезвоживания осадков, когда мешки 35 уже находятся не на площадке биореакторов в пределах ограждения 47, а внутри помещения 46 размещения оборудования. Посредством насоса 34 можно прокачивать осадок из аэробного минерализатора-сгустителя 26 через тонкослойный отстойник 25, понижая его влажность. В аэробный минерализатор-сгуститель 26 непрерывно поступает воздух через барботеры 13 от воздуховода 14. Если насос 34 начинает откачивать осадок из аэробного минерализатора-сгустителя 26 в мешки 35 на обезвоживание, то включается дозирование флокулянта по трубе ввода 39 из узла 4 приготовления раствора флокулянта. Обезвоженный осадок в мешках 35 укладывается на прогрев до температуры 80°С и подсушку в термостат 37, откуда периодически в упаковке 38 вывозится на утилизацию. Очищенная вода после пуролатового фильтра 27 проходит устройство 29 ультрафиолетового обеззараживания и сбрасывается в поверхностный водоем через выпуск 30. Промывная вода из пуролатового фильтра 27 доочистки отводится в аэробный минерализатор сгуститель 26.

Помещения 46 для размещения оборудования и обслуживающего персонала оснащены электрощитом 39, дверями 41, столом 44, стулом 45, шкафом 42, раковиной 43, лестницей 40 выхода на площадку над биореакторами и наружной лестницей 48.

В данной полезной модели комплектно-блочной модульной очистной установке заводского изготовления с подготовкой выделенных осадков к утилизации поставленная задача снижения эксплуатационных затрат достигается рациональной глубиной биореакторов, которая позволила снизить вдвое подачу воздуха и уменьшить энергозатраты воздуходувок.

Использование биоценоза исключительно прикрепленных на ершовой насадке микроорганизмов с пространственной сукцессией их расселения по ступеням биологической очистки позволило вдвое уменьшить прирост микроорганизмов и потребность в флокулянте и затрат электроэнергии на обеззараживание осадков, что является общеизвестным фактом. Многоцелевое использование тонкослойного отстойника для сгущения осадков и запуска очистной установки в эксплуатацию и стабилизации процесса биологической очистки, уменьшения размеров площадки под очистную установку позволило уменьшить ее объем и размеры фундамента, что в конечном итоге также позволило снизить эксплуатационные затраты и тариф на очистку одного кубического метра стоков.

Источники информации:

Патент РФ 94568. Опубл. 27.05.2010 г. Бюл. 15. Патентообладатель: ЗАО «Компания «Экос», Комплектно-блочная очистная станция заводского изготовления.

Комплектно-блочная модульная очистная установка заводского изготовления с подготовкой выделенных осадков к утилизации, включающая фильтрующие самоочищающиеся устройства, усреднитель расходов, биореакторы нитри- и денитрификации с ершовой насадкой на каркасах, тонкослойный отстойник и пуролатовые фильтры доочистки, узел приготовления раствора флокулянта, воздуходувки с воздуховодами и барботерами аэрации и регенерации, устройство для накопления и сгущения, аэробной минерализации прирастающей массы микроорганизмов, термостат для подсушки и обеззараживания обезвоженных в фильтрующих мешках осадков и отбросов сточных вод, отличающаяся тем, что для сгущения избыточной биомассы микроорганизмов и иловой смеси биореакторов нитри- и денитрификации и регенерационных вод пуролатовых фильтров использован тонкослойный регенерируемый отстойник противоточного типа, он же использован и для сгущения иловой смеси в аэробном минерализаторе, биореакторы нитрификации выполнены в 3 ступени, при этом первые две ступени нитрификации снабжены непрерывно работающими барботерами аэрации, размещенными под каркасами с ершовой насадкой, а третья ступень снабжена эрлифтной системой аэрации и барботерами регенерации ершовой насадки и поделена на две равные части, глубина ступеней биореакторов не менее 5 м, очищенная вода после пуролатового фильтра проходит устройство ультрафиолетовой обработки.