Устройство для моделирования процессов искусственной биологической очистки сточных жидкостей
Устройство относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для изучения процессов биологической очистки сточных жидкостей с последующим илоразделением с целью подбора, отработки и последующего внедрения на стадии проектирования технологии биологической очистки при строительстве новых или реконструкции (модернизации) действующих натурных сооружений. Техническим результатом является повышение точности моделирования процессов и увеличение барьерных возможностей натурных сооружений биологической очистки сточных жидкостей в аэробных, аноксидных и анаэробных условиях за счет оптимизации гидродинамики потоков и процессов массообмена. Устройство содержит последовательно соединенные емкости-коридоры, снабженные мелкопузырчатой аэрацией и перемешивающими устройствами, и отстойник. Разработанная конструкция позволяет моделировать процессы биологической очистки в анаэробном, аноксидном или аэробном режимах. При повышенных значениях илового индекса дозируется необходимое количество реагента-добавки, который позволяет стабилизировать седиментационные характеристики активного ила, снизить иловый индекс и повысить скорость осаждения за счет увеличения гидравлической крупности хлопьев, что дает возможность моделировать работу натурных сооружений с медленно оседающими илами.
Полезная модель относится к области охраны окружающей среды и может быть использована для исследования процессов биологической очистки сточных жидкостей с последующим илоразделением с целью подбора, отработки и внедрения технологической схемы биологической очистки сточных жидкостей на стадии проектирования при строительстве новых, реконструкции или модернизации действующих сооружений.
Устройство позволяет экспериментально определить необходимые для протекания процессов биологической очистки и достижения предъявляемых требований технологические параметры: возраст ила, дозу ила, иловый индекс, период аэрации, концентрацию растворенного кислорода, интенсивность аэрации, удельный расход воздуха, степень рециркуляции.
Известно устройство для биологической очистки сточных жидкостей в аэробных условиях - аэротенк-смеситель трехкоридорный (Аэротенки-смесители трехкоридорные с размерами коридора 6*5*84 м из сборного железобетона. Шифр 902-2-211: типовой проект: утв. и введ. в действие в/о Союзводоканалниипроект с 01.04.74 / Разраб. институтом Союзводоканалниипроект при участии ЦНИИпромзданий), коридоры которого оснащены аэрационной системой, что обеспечивает очистку от органических соединений в аэробных условиях. Устройство не предусматривает возможность очистки стоков в аноксидных и анаэробных условиях для обеспечения глубокого извлечения биогенных веществ (азота и фосфора).
В области исследования процессов очистки известно устройство для моделирования процессов микробной очистки сточных вод в лабораторных условиях (Авторское свидетельство РФ на полезную модель 
5405, МПК 6 C02F 3/34, опубл. 16.11.1997), содержащее прямоточный биореактор с загрузкой. Устройство может быть использовано для изучения процессов микробной очистки сточных вод от различных загрязнителей, в том числе сильно пенящихся, содержащих ПАВ, в лабораторных условиях с помощью иммобилизованных микроорганизмов. Однако оно не учитывает гидродинамику потока иловой смеси в сооружении и не способно смоделировать реальный массообмен в процессе очистки.
С целью повышения точности моделирования процессов биологической очистки сточных жидкостей предлагается устройство, способное моделировать процессы биологической очистки стоков в аэробных, аноксидных и анаэробных условиях, а также учитывающее гидродинамику потоков и массообмен.
Устройство позволяет исследовать следующие технологии очистки сточных жидкостей:
- традиционную биологическую очистку;
- биологическую очистку с продленной аэрацией с протеканием процессов нитрификации;
- глубокую биологическую очистку от соединений азота;
- глубокую биологическую очистку от соединений азота и фосфора.
На фиг.1 схематично изображено устройство. Устройство для моделирования процессов биологической очистки сточных жидкостей состоит из следующих элементов: 1 - бак поступающей сточной жидкости, 2 - насос, 3, 4, 5 - емкости биологической очистки, 6 - вторичный отстойник, 7 - компрессор, 8 - аэратор, 9 - перемешивающее устройство, 10 - электродвигатель, 11 - бак-регулятор возраста и дозы ила, 12 - сборник очищенных вод, 13 - датчик концентрации растворенного кислорода, 14 - перегородка, 15 - вентиль, 16 - трубопровод поступающей сточной жидкости, 17 - трубопровод возвратного активного ила, 18 - трубопровод внутреннего нитратного рецикла, 19 - трубопровод иловой смеси, 20 - трубопровод отвода очищенной воды, 21 - трубопровод избыточного активного ила, 22 -трубопровод сброса надиловой воды, 23 - трубопровод подачи воздуха.
Устройство, представленное на фиг.1, работает следующим образом. Очищаемая жидкость подается из бака 1 насосом 2 в емкости биологической очистки 3, 4, 5, где смешивается с возвратным активным илом и при необходимости внутренним нитратным рециклом. Образовавшаяся иловая смесь проходит все емкости и поступает во вторичный отстойник 6 для илоразделения. Очищенная вода через сборник 12 отводится из системы по трубопроводу 20. Возвратный активный ил насосом перекачивается в бак-регулятор 11, откуда самотеком по трубопроводам 17 поступает обратно в емкости биологической очистки. Избыточный активный ил выводится из системы по трубопроводу 21. Емкости 3, 4, 5 оснащены аэраторами 8 и перемешивающими устройствами 9. При создании того или иного технологического режима осуществляется либо аэрация иловой смеси (воздух подается по трубопроводу 23 компрессором 7), либо ее перемешивание (вращающий момент придает электродвигатель 10). Концентрация растворенного кислорода, необходимая для протекания требуемых процессов очистки, контролируется в емкостях биологической очистки 3, 4, 5, отстойнике 6 и баке-регуляторе 11 с помощью датчика 13. Из конца емкости 5 при необходимости насосом 2 осуществляется внутренний нитратный рецикл по трубопроводу 18. Трубопроводы подачи жидкости на очистку 16, возвратного ила 17, внутреннего нитратного рецикла 18 и подачи воздуха 23 регулируются вентилями 15.
Емкости 3, 4, 5 отделены съемными погружными перегородками 14 с образованием зазора у дна резервуара. Иловая смесь перетекает из одной емкости в другую под перегородкой. Перегородки предназначены для четкого разделения зон очистки и поддержания в них необходимого технологического режима. Перегородки являются передвижными, что позволяет изменять рабочие объемы емкостей 3, 4, 5. При необходимости, в частности для изучения гидродинамического режима прохождения поворота, возможен демонтаж перегородок с возможностью их последующей установки в прежнее положение.
Бак регулятор 11 работает следующим образом. Возвратный активный ил по трубопроводу 17 насосом 2 перекачивается в бак-регулятор 11. В случае соблюдения необходимого режима по возрасту и дозе ила, весь поступающий ил подается обратно в емкости биологической очистки. В случае необходимости корректировки режима, ил аккумулируется в баке 11 (надиловая вода сбрасывается по трубопроводу 22).
Сточная жидкость, возвратный и рециркулирующий активный ил могут подаваться в требуемом объеме в любую из емкостей 3, 4, 5.
Устройство, представленное на фиг.2, работает аналогично устройству, представленному на фиг.1 за исключением того, что иловая смесь между емкостями перекачивается насосным оборудованием 2 по трубопроводам 19. Это обеспечивает полную изоляцию емкостей и исключает возможное смешение илов из разных зон за счет устройства глухих перегородок.
Устройство отличается гибкостью работы, позволяя чередовать различные технологические режимы, что осуществляется за счет необходимой запорной арматурой. Устройство позволяет учитывать и регулировать широкий спектр параметров биологической очитки сточных жидкостей (концентрация загрязняющих веществ в поступающих и очищенных сточных жидкостях, расходы всех потоков, удельный расход воздуха, интенсивность аэрации, нагрузка на ил, удельная скорость окисления веществ, иловый индекс, доза ила, продолжительность обработки воды, возраст ила, концентрация растворенного кислорода), а также микробиологические и седиментационные характеристики ила.
При повышенных значениях илового индекса (более 200 см3/г) в бак-регулятор 11 дозируется необходимое количество реагента-добавки, который позволяет стабилизировать седиментационные характеристики активного ила, снизить иловый индекс и повысить скорость осаждения. В качестве добавки может быть применен отход предприятий жилищно-коммунального хозяйства (зола от сжигания топлива в котельных и теплоэлектроцентралях). Устройство работает аналогично устройствам, представленным на фиг.1 или фиг.2 за исключением того, что оснащено дозатором добавки.
Техническим результатом является повышение точности моделирования процессов и увеличение барьерных возможностей натурных сооружений биологической очистки сточных жидкостей в аэробных, аноксидных и анаэробных условиях за счет оптимизации гидродинамики потоков и процессов массообмена.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали эффективность применения добавки при моделировании работы сооружений искусственной биологической очистки сточных жидкостей с медленно оседающими илами для повышения дозы ила и с целью предотвращения его выноса из системы.
1. Устройство для моделирования процессов искусственной биологической очистки сточных жидкостей, содержащее три последовательно соединенных емкости-коридора и отстойник, отделенные полупогружными перегородками, отличающееся тем, что оно снабжено установленными в емкостях-коридорах системой мелкопузырчатой аэрации и перемешивающими устройствами, емкости-коридоры сконструированы с возможностью учета соответствия условиям гидромеханического подобия гидравлических явлений и выполнены с возможностью работы в анаэробном, аноксидном или аэробном режимах для исследования различных технологических режимов работы сооружений искусственной биологической очистки с учетом гидродинамики потоков при движении жидкости в коридорах сооружения и экспериментального определения необходимых технологических параметров для эффективной биологической очистки в натурном сооружении.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкости-коридоры отделены друг от друга глухими перегородками и снабжены водоподъемным оборудованием для перекачивания иловой смеси между коридорами.
3. Устройство по одному из пп.1 или 2, отличающееся тем, что снабжено дозатором добавки, повышающей скорость осаждения ила за счет увеличения гидравлической крупности хлопьев для обеспечения возможности моделирования работы натурных сооружений с медленно оседающими илами.
