Установка глубокой очистки сточных вод от органических веществ и солей аммонийного азота
Полезная модель относится к области биологической очистки сточных вод и может быть использована для очистки городских сточных вод, включающих бытовые и близкие к ним по составу сточные воды от растворенных и нерастворенных органических веществ и солей аммонийного азота, при расходе до 10000 м3/сут. Установка состоит из блока механической очистки, биофильтров первой и второй ступени, разделенных по высоте на две зоны аноксидные и аэробные, соответственно с плоскостной жесткой засыпной и плоскостной жесткой блочной загрузкой, отстойника, трубопроводов подвода и отвода сточной воды, системы рециркуляции сточной воды с биопленкой и трубопровода отвода отработанной биопленки. Усовершенствование заключается в том, что к аноксидной зоне биофильтра второй ступени подведена часть исходной воды, между биофильтрами оборудован промежуточный отстойник с дополнительной системой рециркуляции воды с биопленкой в аноксидную зону биофильтра первой ступени. Между зонами в биофильтрах предусмотрено техническое помещение, в котором размещены устройства для сбора воды из верхней зоны и подачи ее в нижнюю зону, при этом в стенах технических помещений оборудованы вентиляционные окна с жалюзями для регулирования потока воздуха в зонах. Применение предлагаемой установки обеспечивает глубокую биологическую очистку сточных вод от органических загрязнений и солей аммонийного азота, при этом технологические процессы возможно регулировать путем изменения кислородного режима в зонах биофильтров, регулированием рециркуляционного потока воды и биопленки из отстойников и изменения потока исходной воды на вторую ступень биофильтра.
Полезная модель относится к области биологической очистки сточных вод и может быть использована для очистки сточных вод, включающих бытовые и близкие к ним по составу производственные сточные воды от растворенных и нерастворенных органических веществ и солей аммонийного азота, при расходе до 10000 м3 /сут.
Известна установка глубокой очистки сточных вод с процессами нитри-денитрификации (патент на способ и устройство для его осуществления RU 2042651, 1992 г.), состоящая из блока механической очистки, биофильтра, разделенного на две аэробные зоны по высоте с высокопористой загрузкой, затопленного биофильтра с аэрацией воздухом (биотенка), анаэробного денитрификатора, зоны отдувки, отстойника с тонкослойным модулем, трубопроводами подачи и отвода воды, системой рециркуляции активного ила из отстойника в биотенк и денитрификатор, а также две ступени многослойных фильтров доочистки.
Недостатком известной установки является повышенный расход электроэнергии на аэрацию воды в биотенке и зоне отдувки азота, перекачку воды на двухступенчатом фильтре доочистки и их промывку. Присутствие фильтров доочистки свидетельствует о недостаточно высокой степени очистки сточной воды биологическим путем от органических загрязнений и солей аммонийного азота. Наличие большого количества емкостей и узлов в установке усложняет ее эксплуатацию.
Наиболее близким к рассматриваемому является установка для глубокой очистки сточных вод от органических веществ и солей аммонийного азота, включающая блок механической очистки, две ступени биофильтров, разделенных по высоте на аноксидные и аэробные зоны, заполненные соответственно плоскостной жесткой засыпной и плоскостной жесткой блочной загрузкой, резервуар с погружным насосом для перекачки воды на вторую ступень, отстойник, трубопроводы подвода исходной воды, отвода очищенной воды и отработанной биопленки, систему рециркуляции смеси воды и биопленки из отстойника в биофильтр первой ступени (автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., «Глубокая очистка сточных вод на биофильтрах», Доан Ван Тиаен, Москва, 2003 г.)
На известной установке отсутствует энергозатратная система аэрации, однако ее недостатком является недостаточно эффективная очистка сточной воды от органических веществ за счет недоработки технологической схемы, а также отсутствия возможности регулирования технологическим процессом очистки сточных вод.
Технологическим результатом является достижение более высокой степени очистки сточных вод от органических загрязнений и солей аммонийного азота. Упрощение эксплуатации установки и возможность регулирования технологическим процессом.
Технический результат достигается тем, что в установке для глубокой очистки сточных вод от органических веществ и солей аммонийного азота, включающей блок механической очистки, биофильтр первой ступени, разделенный по высоте на две зоны, верхнюю аноксидную зону, с плоскостной жесткой засыпной загрузкой и нижнюю аэробную зону с плоскостной жесткой блочной загрузкой, приемный резервуар с погружным насосом, биофильтр второй ступени, аналогичный по конструкции биофильтру первой ступени, отстойник, трубопроводы подвода исходной сточной воды, отвода очищенной воды и отработанной биопленки, систему рециркуляции смеси воды с биопленкой, насосную станцию системы рециркуляции, предусмотрен отвод от подводящего трубопровода исходной воды к биофильтру второй ступени в аноксидную зону, а между биофильтрами оборудован промежуточный отстойник, от которого предусмотрена дополнительная система рециркуляции воды с биопленкой в аноксидную зону биофильтра первой ступени.
В каждом биофильтре между зонами оборудовано техническое помещение, в котором смонтированы: устройство для сбора воды из аноксидной зоны и устройство для распределения сточной воды по поверхности загрузки аэробной зоны, при этом патрубок, через который перетекает вода в распределительное устройство, предусмотрен также для подачи воздуха в аноксидную зону, и его диаметр составляет 0,7% от площади поверхности загрузки.
В стенах технического помещения оборудованы вентиляционные окна с жалюзями площадью 12% от площади поверхности загрузки для выпуска отработанного воздуха из аэробной зоны и создания дефицита кислорода в аноксидной зоне.
Высота слоя загрузки в аноксидных зонах составляет 3 м, а в аэробных - не менее 4х метров.
Установка представлена на рисунке, при этом биофильтр первой ступени показан в разрезе.
Установка для глубокой очистки сточных вод от органических веществ и солей аммонийного азота состоит из блока механической очистки 1, подводящего трубопровода 2, биофильтра первой ступени 3, включающего: распределительную систему 4, аноксидную зону с плоскостной жесткой засыпной загрузкой 5, техническое помещение 6, устройство для сбора воды от аноксидной зоны 7, распределительную систему 8, вентиляционные окна с жалюзями 9, аэробную зону с плоскостной жесткой блочной загрузкой 10, вентиляционные окна 11; промежуточного отстойника 12, насосной станции с погружным насосом 13, биофильтра второй ступени 14, имеющего аналогичную конструкцию с биофильтром первой ступени и включающего: аноксидную зону 15, техническое помещение 16, вентиляционные окна с жалюзями 17, аэробную зону 18 и вентиляционные окна 19; отстойника 20, систему рециркуляции воды с биопленкой 21, дополнительной системы рециркуляции 22 из промежуточного отстойника 12, насосной станции 23 с погружным насосом, отвода 24 от подводящего трубопровода 2, трубопровода очищенной воды 25 и трубопроводов выпуска отработанной биопленки 26 и 27.
Установка для глубокой очистки сточных вод от орагнических веществ и солей аммонийного азота работает следующим образом.
Исходная загрязненная сточная вода после обработки в блоке механической очистки 1 (мелкопрозорчатые решетки и песколовка) по подводящему трубопроводу 2 поступает на биофильтр первой ступени 3 в распределительную систему 4. Сюда же перекачивается насосной станцией 23 рециркулирующая вода с биопленкой из отстойников 12 и 20 по системам рециркуляции 21 и 22. Смесь равномерно распределяется по поверхности аноксидной зоны 5, загруженной плоскостной жесткой засыпной загрузкой с пористостью 70%, высота зоны - 3 м. Для создания благоприятных условий проведения процессов денитрификации при дефиците кислорода воздух в аноксидную зону поступает через отводящий патрубок устройства 7 для сбора воды от аноксидной зоны, имеющий площадь 0,7% от площади орошаемой поверхности. Кроме того количество воздуха в зоне 5 может регулироваться с помощью вентиляционных окон с жалюзями 9. Из сборного устройства 7 сточная вода через распределительное устройство 8 направляется в аэробную зону 10, загруженную блоками из плоскостного материала пористостью 95%. Высота зоны не менее 4х метров. В аэробной зоне происходят процессы нитрификации с отдувкой газообразного азота. Аэрация зоны 10 производится естественным путем с забором воздуха через вентиляционные окна 11 и выпуском через вентиляционные окна с жалюзями 9. Площадь нижних и верхних окон одинакова и составляет 12% от площади орошаемой поверхности. Очищенная на первой ступени сточная вода осветляется от отработанной биопленки в промежуточном отстойнике 12 и перекачивается насосной станцией 13 на биофильтр второй ступени 14 в аноксидную зону 15. Туда же подается небольшая часть исходной воды по отводу 24 для органической подпитки биопленки с денитрифицирующими микроорганизмами. В биофильтре второй ступени 14 происходят те же процессы очистки воды, что и на первой ступени. Из аноксидной зоны 15 сточная вода перетекает в аэробную зону 18 и далее в отстойник 20, где осветляется от отработанной биопленки и выводится из установки по трубопроводу 25. Рециркулирующая сточная вода в смеси с биопленкой перекачивается насосной станцией 23 из отстойников 12 и 20 по системам рециркуляции 21 и 22 в аноксидную зону 5 биофильтра 3 в количестве 100% от поступающего стока. Часть отработанной биопленки удаляется из отстойников по трубопроводам 26 и 27.
Таким образом отвод 24 обеспечивает подачу небольшого количества исходной сточной воды (около 20%) в аноксидную зону 15 биофильтра второй ступени 14 за счет чего увеличивается количество питания для денитрифицирующих микроорганизмов биопленки и повышается окислительная мощность биофильтра второй ступени с улучшением качества очистки сточной воды от органических загрязнении и солеи аммонийного азота.
Промежуточный отстойник 12 снижает нагрузку на биофильтр второй ступени 14 по взвешенным веществам (отработанной биопленке), что предупреждает заиление аноксидной зоны. Рециркуляция сточной воды с биопленкой из отстойника 12 дает возможность уменьшить объем рециркулирующей воды из отстойника 20 в 2-2,5 раза и этим улучшить гидравлический режим работы отстойника 12 и повысить эффективность осветления очищенной воды от взвешенных веществ.
Оборудование технических зон 6 и 16 в биофильтрах, оснащенных вентиляционными окнами с жалюзями 9 и 17, позволяет регулировать кислородный режим в зонах и этим обеспечивать их оптимальную окислительную мощность, а патрубок сборного устройства 7 с площадью сечения 0,7% от площади верхнего слоя загрузки ограничивает минимально необходимое количество кислорода в аноксидных зонах. Наличие технических зон упрощает эксплуатацию установки и позволяет регулировать технологический процесс очистки сточной воды.
Сравнение работы предлагаемой установки с прототипом произведено на пилотных моделях в лаборатории кафедры «Водоотведение» МГСУ на искусственной сточной воде с использованием пептона. Результаты сравнения приведены в таблице (по усредненным показателям).
 П/П | Показатели (мг/л) | Прототип | Предлагаемая установка | ||
| Исходная вода | Очищенная вода | Исходная вода | Очищенная вода | ||
 | | | | | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1. | БПК5 | 154,2 | 6.2 | 168,0 | 3,4 |
| 2. | ХПК | 210,0 | 24,0 | 235,0 | 26,8 |
| 3. | Взвешенные в-ва | 144,7 | 6,5 | 141,0 | 4,7 |
| 4. | Азот аммонийный | 21,0 | 0,39 | 22,5 | НПО |
| 5. | Нитриты | - | 0,08 | - | НПО |
| 6. | Нитраты | - | 12,7 | - | 10,1 |
| 7. | Фосфаты | 5,3 | 4,9 | 6,5 | 3,0 |
Из показателей таблицы видно, что эффективность очистки сточных вод возросла не только по органическим веществам и азоту аммонийных солей, но и по фосфатам до 54% за счет удаления части отработанной биопленки из отстойников.
1. Установка для глубокой очистки сточных вод от органических веществ и солей аммонийного азота, включающая блок механической очистки, биофильтр первой ступени, разделенный по высоте на две зоны, верхнюю аноксидную зону, загруженную плоскостной жесткой засыпной загрузкой, и нижнюю аэробную зону с плоскостной жесткой блочной загрузкой, приемный резервуар с погружным насосом, биофильтр второй ступени, аналогичный по конструкции биофильтру первой ступени, отстойник, трубопроводы подвода исходной сточной воды, отвода очищенной воды и отработанной биопленки, систему рециркуляции смеси воды с биопленкой, насосную станцию системы рециркуляции, отличающаяся тем, что от подводящего трубопровода исходной воды предусмотрен отвод к биофильтру второй ступени в аноксидную зону, а между биофильтрами оборудован промежуточный отстойник, от которого предусмотрена дополнительная система рециркуляции воды с биопленкой в аноксидную зону биофильтра первой ступени.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в каждом биофильтре между зонами оборудовано техническое помещение, в котором смонтированы устройство для сбора воды из аноксидной зоны и устройство для распределения сточной воды по поверхности загрузки аэробной зоны, при этом патрубок, через который вода протекает в распределительное устройство, предусмотрен также для подачи воздуха в аноксидную зону и его диаметр составляет 0,7% от площади поверхности загрузки.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в стенах технического помещения оборудованы вентиляционные окна с жалюзи площадью 12% от площади поверхности загрузки для выпуска отработанного воздуха из аэробной зоны и создания дефицита кислорода в аноксидной зоне.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что высота слоя загрузки в аноксидных зонах составляет 3 м, а в аэробных зонах не менее 4 м.
