Устройство биологической очистки сточных вод

Полезная модель предназначена для ускоренного развития рабочей микрофлоры очистных сооружений адаптированной к заданным загрязнителям сточных вод и, как следствие, ускорения очистки первых порций, очищаемых сточных вод промышленных объектов с изменяющимися («плавающими») технологическими регламентами производства, и может быть использована для биологической очистки сточных вод предприятий химической и нефтехимической промышленности. Полезная модель содержит не менее двух аэротенков или по крайней мере один аэротенк разделенный на две примерно равные части, соединяемые запорно-регулирующей арматурой, переключаемой по команде блока управления. Наличие в полезной модели аэратора и дозаторов питательно-биогенных продуктов и адаптогенов, управляемых по заданному алгоритму электронным блоком управления (ЭВМ) на основании данных полученных от блока контроля состояния воды позволяет обеспечить ускоренный выход на рабочий режим биологических очистных сооружений, подготовленных к изменившимся условиям работы, сократить время наращивания специализированного активного ила.

Полезная модель относится к области биохимической очистки сточных вод от органических загрязнений с использованием активного ила, в том числе сточных вод предприятий химической и нефтехимической промышленности и может быть использована для ускоренной адаптации очистных сооружений к специфичным загрязнителям промышленных сточных вод в новых условиях работы, а также для быстрого ввода в строй новых и долго не функционировавших очистных сооружений.

Известно устройство для аэробной биологической очистки сточных вод активным илом, содержащее биофильтр с насадкой, лоток подачи сточной жидкости, аэротенк с аэраторами, вторичный отстойник со слоем оседающего активного ила, рециркуляционный насос и трубопроводы (патент РФ 2172300, МПК C02F 3/00).

Недостатком известного устройства является конструктивная сложность изготовления устройства, значительные материальные затраты на его изготовление, направленность на очистку только хозяйственно-бытовых сточных вод и недостаточная эффективность при изменении скорости и состава потока сточных вод.

Наиболее близким известным техническим решением является установка биологической очистки сточных вод, содержащая последовательно соединенные приемную камеру, блок предварительной механической очистки, отстойники, соединительные трубопроводы, аэротенки и систему стимулирования роста микроорганизмов ила (патент РФ 2114793, МПК C02F 3/02).

Недостатками известного устройства являются отсутствие направленной адаптации растущих микроорганизмов к последующим реальным загрязнителям, использование в качестве стимулятора роста рабочих микроорганизмов неконтролируемой смеси продуктов (продуктов деструкции избытка микроорганизмов ила) и, как следствие, большая длительность очистки первых порций сточных вод.

Биомасса обычных биологических очистных сооружений не приспособлена к переработке загрязнений, не имеющей прямых аналогов в природе. Поэтому резкое введение в эти сооружения сточных вод, образующихся в химической или нефтехимической промышленности и содержащих обычно большое количество различных органических веществ приводит к гибели основной массы рабочего ила и подавлению активности выжившей части биоценоза. Вследствие этого эффективность обработки сточных вод существенно уменьшается или же процесс совсем останавливается. Из-за этого скорость поступления очищаемой воды на очистные сооружения приходится резко снижать, что соответственно приводит к значительному увеличению времени начала эффективной очистки.

Задачей полезной модели является ускоренный выход на рабочий режим биологических очистных сооружений, подготовленных к изменившимся условиям работы - ускоренная и контролируемая адаптация рабочей биомассы к потенциальным промышленным загрязнителям, сокращение времени наращивания специализированного активного ила.

Решение поставленной задачи осуществляется тем, что работа запорно-регулирующей арматуры, аэратора, снабжающего кислородом формирующийся биоценоз полезной модели и дозаторов, снабжающих питательно-биогенными продуктами и смесями основных загрязнителей промышленных сточных вод, не имеющих прямых аналогов в природных условиях (являющихся адаптогеном для развиваемой биомассы рабочих водорослей) проходит под контролем блока управления по заданному алгоритму. В основе своей блок управления является электронным блоком управления, в качестве которого может использоваться ЭВМ. Блок управления выдает команды рабочим органам на основании данных получаемых от блока контроля состояния воды. В качестве адаптогена можно использовать специально приготовленный раствор выбранных соединений или сточные воды действующего предприятия. Результатом поступления больших объемов этих сточных вод на обычные биологические очистные сооружения (по прототипу) становится отмирание значительной части рабочей биомассы и требуется длительный период (от 12 до 15 суток) ее восстановления и «привыкания» к таким загрязнителям. При этом недостаточные количества целевого загрязнителя не дают положительных результатов так как рост специализированной биомассы тормозится биомассой, развившейся на природных компонентах. Поэтому в описываемой полезной модели рост специализированной биомассы осуществляется в строгом согласовании с ее адаптацией к новым загрязнителям.

Техническим результатом, достигаемым полезной моделью, является ускоренное развитие рабочей микрофлоры очистных сооружений адаптированной к заданным загрязнителям сточных вод и, как следствие, ускорение очистки первых порций, очищаемых сточных вод промышленных объектов с изменяющимися («плавающими») технологическими регламентами производства, а также ускоренное накопление избытка ила. В процессе работы часть накопленного ила может быть возвращена в исходный аэротенк для повышения концентрации рабочей биомассы и ускорения процесса очистки. Собранный избыток специализированного ила может быть использован для быстрого включения других очистных сооружений, подготавливаемых к приему сточных вод, содержащих аналогичные соединения от подобных производств. Собранный специализированный ил может быть также использован для ликвидации последствий аварийных розливов различных химикатов например нефтепродуктов (санации территорий).

Схема одного из вариантов полезной модели представлена на фигуре 1. Она содержит приемную камеру 1, блок предварительной механической очистки 2, запорно-регулирующую арматуру (переключатели потоков) 3, 5, не менее двух аэротенков (в вариантом исполнении две изолированные части аэротенка) 4, 4¹, аэратор 6, группу дозаторов 7, блок контроля состояния воды 8, подключаемый к системе параллельно соединительному трубопроводу, отстойник 9, сборник ила 10, блок управления 11, соединительные трубопроводы 12.

Непрерывно действующий проточный блок контроля состояния воды 8 представляет собой проточную ячейку в форме прозрачного усеченного конуса 13, в котором диаметр 1 (1) больше диаметра 2 (2), с эффективным сечением меньшим сечения основного трубопровода, с одной стороны которого по всей длине располагается линейка (блок) фотоприемников 14, а с противоположной стороны прозрачного конуса располагаются источник света 15 и делитель света 16, обеспечивающий возможность сканирования световым лучом всего объема ячейки (фигура 2). Подключенный к блоку контроля состояния воды блок управления на основании калибровочных графиков анализирует получаемые значения освещенности различных участков (сечений) линейки фотоприемников 14 (оптической плотности участка ячейки 13).

Оптическая плотность участка ячейки (ослабление светового потока источника света 15) пропорциональна диаметру (1, 2,) данного сечения ячейки (толщине слоя жидкости) и складывается из двух составляющих, созданных поглощением и рассеянием света: постоянной составляющей - оптической плотности стенок ячейки и переменных составляющих - оптических плотностей слоя жидкости со взвешенным илом и поверхностного слоя (налета) непрерывно оседающего на стенках ячейки.

Блок контроля состояния воды с помощью соединительных фланцев 17, 17¹ и вспомогательных участков труб подсоединяется к основному трубопроводу на выходе из аэротенка.

Проточная ячейка имеет эффективное сечение меньше, чем у основного трубопровода, но монтируется параллельно ему и не оказывает негативного сопротивления потоку. При этом сохраняется ровный ламинарный поток контролируемой сточной воды, что обеспечивает высокую воспроизводимость результатов замеров.

Сканирование световым лучом 18 по всем толщинам (сечениям) ячейки позволяет отделить постоянные составляющие (оптическую плотность стенок ячейки и налета на стенках ячейки) и вычленить оптическую плотность сточной воды. Так как оптическая плотность коллоидного раствора, каковым является сточная вода, содержащая взвесь активного рабочего ила (микроводорослей), пропорциональна концентрации этих микроводорослей становится возможным проводить контроль накопления целевой биомассы и, своевременно переключая дозаторы, аэратор и запорно-регулирующую арматуру, направленно управлять процессом в автоматическом режиме.

Работа полезной модели осуществляется следующим образом.

Хозяйственно-бытовая сточная вода поступает в приемную камеру 1. Пройдя блок предварительной механической очистки, порция воды поступает в один аэротенк 4 (изолированную половину аэротенка) объемом 500 м³-2000 м³. Включается аэратор 6, обеспечивающий непрерывную аэрацию в режиме от 0,5 до 1,0 м³/час на 1 м³ сточной воды в аэротенке. Конкретное время процесса аэрации задается блоком управления 11. Одновременно один из дозаторов 7 по команде блока управления 11 выдает порцию биологически активных добавок, в качестве которых используют соединения азота и фосфора, например сульфат аммония и фосфат натрия, добавляемые в сточную воду в выбранном соотношении. Например - БПК₅:N:P=100:1:0,5. Следом за биологически активными добавками дозатор 7 по команде блока управления 11 выдает первую порцию адаптогена. В качестве адаптогена используют раствор потенциальных загрязнителей, к очистке сточных вод от которых готовятся очистные сооружения. Подачу раствора потенциальных загрязнителей в аэротенк осуществляют со средней скоростью от 200 до 1100 ПДК/час, где ПДК - значение предельно допустимых концентраций вредных веществ (основного (базового) компонента в адаптогене) в водах водных объектов рыбохозяйственного значения.

При этом задаваемая (поступаемая) концентрация загрязнителей в аэротенке в течение периода адаптации изменяется от 0 до 5,510⁴ ПДК. С первой минуты работы полезной модели контроль ее функционирования осуществляется блоком управления 11 по данным полученным с блока контроля состояния воды. При накоплении в объеме обрабатываемой сточной воды рабочих микроводорослей до 3-4 мг/л (типично по истечении примерно 48 часов - период адаптации) блок управления 11 дает команду запорно-регулирующей арматуре 3, 5 заполнить второй аэротенк (вторую секцию аэротенка) осветленными хозяйственно бытовыми стоками из городской канализации и соединить его с первым. Блок управления 11 выводит аэратор 6 на режим, обеспечивающий поступление от 0,5 до 1,5 м³ /час на 1 м³ сточной воды. Через 60-72 часа, как правило, концентрация специализированной активной биомассы (определяемая блоком управления 11 по данным с блока контроля 8) возрастает до 4-6 г/л. При этом концентрация загрязнителей (контролируемая по базовому компоненту) снижается ниже ПДК и принимается, что очистные сооружения вышли на рабочий режим. К этому времени происходит накопление специализированной биомассы в объеме и она начинает накапливаться в сборнике ила 10, а полезная модель может начинать работать при полной реальной нагрузке.

В результате согласованной работы всех блоков полезной модели осуществляется ускоренный выход на рабочий режим биологических очистных сооружений, избирательно подготовленных к новым (изменившимся) условиям работы (очистке от новых запланированных загрязнителей).

1. Устройство биологической очистки сточных вод, содержащее последовательно соединенные приемную камеру, блок предварительной механической очистки, отстойники, аэротенки и соединительные трубопроводы, отличающееся тем, что в составе устройства содержатся не менее двух аэротенков или по крайней мере один аэротенк разделен на две примерно равные части, соединяемые по заданному алгоритму, дозаторы питательных веществ и адаптогенов, соединенные с аэратором блоком управления, работающим по заданному алгоритму на основании данных, получаемых от блока контроля состояния воды, с возможностью поочередного включения и выключения различных дозаторов и регулирования интенсивности работы аэратора.

2. Устройство биологической очистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что блок контроля состояния воды содержит прозрачную проточную измерительную ячейку конической формы.

3. Устройство биологической очистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что проточная ячейка блока контроля состояния воды подключается параллельно соединительному трубопроводу на выходе из аэротенка.