Устройство для биологической очистки сточных вод
Полезная модель относится к устройствам для биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора. Устройство для биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора включает трубопровод подвода сточных вод, аэротенк коридорного типа с образованными по длине аэротенка, по меньшей мере, по одной анаэробной, аноксидной и аэробной зонами, разделенными между собой поперечными перегородками с окнами, а также трубопровод рециркуляции возвратного ила. В образованных в аэротенке зонах установлены аэраторы, сообщенные воздуховодом с источником подачи воздуха. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка размещена загрузка для иммобилизации микроорганизмов. Загрузка для иммобилизации микроорганизмов выполнена в виде блоков плоскостной загрузки, образованных из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м. В анаэробной и аноксидной зонах установлены придонные перфорированные аэраторы для создания в зонах крупнопузырчатой аэрации иловой смеси, а аэробной зоне установлены придонные пористые аэраторы для создания в зоне мелкопузырчатой аэрации иловой смеси.
Полезная модель относится к устройствам для биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора.
Известно устройство для биологической сточных вод с высоким содержанием органических загрязнений, содержащее бассейн, имеющий расположенные последовательно в направлении основного потока воды зону смешения и подкисления, зону сильного загрязнения для анаэробного разложения воды с образованием метана, оснащенную устройством для рециркуляции активного ила, зону слабого загрязнения для последующего анаэробного разложения жидкости с образованием метана и зону вторичного осветления, оснащенную отводящим устройством для рециркуляции ила, при этом зона смешения и подкисления, зона сильного загрязнения, зона слабого загрязнения и зона вторичного осветления отделены друг от друга перегородками, а зона сильного загрязнения и зона слабого загрязнения сверху закрыты газонепроницаемой пленкой (патент РФ №2208596, МПК C 02 F 3/30, публикация 2003 г.).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность очистки сточных вод от соединений азота и фосфора.
Известна установка для глубокой биологической очистки сточных вод, содержащая установленные последовательно анаэробный биореактор, аэробный биореактор, отстойник, снабженный эрдифтом с трубопроводом рециркуляции активного ила, биореактор доочистки с загрузкой для прикрепленной микрофлоры и камеру обеззараживания. Анаэробный биореактор выполнен с пирамидальным дном для сбора осадка и с
центральной, не доходящей до дна, перегородкой, образующей камеру биосорбции, по периферии которой размещена загрузка для прикрепленной микрофлоры. Камера биосорбции снабжена в нижней части аэратором. Трубопровод рециркуляции активного ила соединен с камерой биосорбции и с аэробным биореактором. В качестве загрузки для прикрепленной микрофлоры в анаэробном биореакторе и в биореакторе доочистки используют мелкопористый полимерный материал (патент РФ №2220918, МПК C 02 F 3/30, публикация 2004 г.).
К недостаткам известного устройства можно отнести повышенный риск забивания загрузки анаэробного реактора осадком в силу его биофлотации и выноса из осадочной зоны.
Известно устройство для биохимической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод от органических, азотсодержащих и фосфорсодержащих веществ, содержащее камеру гашения напора воды, усреднитель потока воды, денитрификатор с загрузкой, аэротенки первой и второй ступени, отстойник, фильтр с загрузкой, причем камера гашения напора воды расположена в усреднителе потока воды, выполненном в виде анаэробного реактора, связанного посредством регулируемого обратного перетока через первую перегородку с денитрификатором, связанным через регулируемый прямой второй переток во второй перегородке с аэротенком первой ступени, который, в свою очередь, связан через прямой третий переток в третьей перегородке с аэротенком второй ступени, выполненном в виде нитрификатора с загрузкой, связанного посредством прямого четвертого перетока в четвертой перегородке с отстойником, который связан через пятый прямой переток в пятой перегородке с фильтром, при этом аэротенк первой ступени и нитрификатор оборудованы системой аэрации, усреднитель потока воды, денитрификатор и отстойник оборудованы системами гидравлического перемешивания и рециркуляции
с насосами, загрузка денитрификатора и нитрификатора выполнена в виде кассет, а загрузка фильтра выполнена плавающей (патент РФ №2225367, МПК C 02 F 3/30, публикация 2004 г.).
Недостатком известного устройства является длительность процесса очистки сточных вод и невысокая его интенсивность.
Задачей создания предложенной полезной модели является разработка устройства, позволяющего интенсифицировать процесс биологической очистки сточных вод, повысить надежность и эффективность очистки сточных вод с различным содержанием органических загрязнений.
Сущность заявленной полезной модели заключается в следующем.
Устройство для биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора включает трубопровод подвода сточных вод, аэротенк коридорного типа с образованными по длине аэротенка, по меньшей мере, по одной анаэробной, аноксидной и аэробной зонами, разделенными между собой поперечными перегородками с окнами, а также трубопровод рециркуляции возвратного ила. В образованных в аэротенке зонах установлены аэраторы, сообщенные воздуховодом с источником подачи воздуха. В анаэробной и аноксидной зонах аэротенка размещена загрузка для иммобилизации микроорганизмов. Загрузка для иммобилизации микроорганизмов выполнена в виде блоков плоскостной загрузки, образованных из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м. В анаэробной и аноксидной зонах установлены придонные перфорированные аэраторы для создания в зонах крупнопузырчатой аэрации иловой смеси, а аэробной зоне установлены придонные пористые аэраторы для создания в зоне мелкопузырчатой аэрации иловой смеси.
Листы блоков плоскостной загрузки изготовлены из стойкого полимерного материала.
Блоки плоскостной загрузки выполнены с удельной поверхностью 40-150 м2/м 3.
Аэробная зона оборудована эрлифтом, соединенным трубопроводом с аноксидной зоной.
Перфорированные аэраторы в анаэробной и аноксидной зонах, и пористые аэраторы в аэробной зоне, объединены соответственно в аэрирующие модули, каждый из которых выполнен в виде сообщенного с источником подачи воздуха воздуховода и подсоединенных к нему перфорированных или пористых аэраторов.
Пористый аэратор выполнен в виде трубы, образованной из стеклоткани, пропитанной композицией из термореактивных смол с последующей ее полимеризацией для образования по всей толщине стенки трубы упорядоченной микропористой структуры с заданным расстоянием между порами.
Перфорированный аэратор выполнен в виде образованной из стеклоткани трубы с диаметром отверстий перфорации не менее 3 мм.
Аэробная зона может быть оборудована эрлифтом, соединенным трубопроводом с аноксидной зоной.
Количество и порядок расположения отдельных зон по всей длине аэротенка можно варьировать в зависимости от конкретных свойств подаваемых на очистку сточных вод.
В частном варианте исполнения устройства в аэротенке последовательно расположены анаэробная, аноксидная и аэробная зоны, а вход анаэробной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
В другом частном варианте исполнения устройства в аэротенке последовательно расположены первая аноксидная зона, анаэробная зона,
первая аэробная зона, вторая аноксидная зона и вторая аэробная зона, при этом входы аноксидных и аэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, а вход первой аноксидной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
В другом частном варианте исполнения устройства в аэротенке последовательно расположены первая аэробная зона, аноксидная зона, анаэробная зона и вторая аэробная зона, при этом входы первой аэробной, аноксидной и анаэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, а вход первой аэробной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
Еще в одном частном варианте исполнения устройства в аэротенке последовательно расположены первая аноксидная зона, анаэробная зона, вторая аноксидная зона, первая аэробная зона, вторая аэробная зона, при этом входы аноксидных и анаэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, выход первой аэробной зоны сообщен посредством эрлифта со входом второй аноксидной зоны, а вход первой аноксидной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
Дополнительно в последней зоне аэротенка (аэробной зоне) могут быть размещены блоки плоскостной загрузки, образованные из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м, и установлены придонные перфорированные аэраторы для создания крупнопузырчатой аэрации иловой смеси.
Предложенное устройство поясняется технологическими схемами очистки сточных вод, представленными на фиг.1-4.
Устройство включает трубопровод 1 подачи сточной воды, аэротенк коридорного типа 2, содержащий анаэробную 3, аноксидную 4 и аэробную 5. В анаэробной 3 и аноксидной 4 зонах размещены блоки плоскостной загрузки 6, выполненные в виде вертикально расположенных
чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м из стойкого полимерного материала.
В анаэробной и аноксидной зонах размещены придонные перфорированные аэраторы 7, располагаемые в стороне от проекции блоков плоскостной загрузки на дно аэротенка, а в аэробной зоне размещены придонные пористые аэраторы 8. Воздух к аэраторам подводится по трубопроводу 9. В аэробной зоне 5 установлен эрлифт 10, сообщенный трубопроводом 11 с аноксидной зоной 4. После аэротенка размещен вторичный отстойник 12, активный ил из которого рециркулируют посредством трубопровода 13.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Сточная вода по трубопроводу 1 поступает в аэротенк и проходит в заданной последовательности анаэробную 3, аноксидную 4 и аэробную 5 зоны.
Количество, размеры и порядок расположения зон можно варьировать и адаптировать к конкретному процессу очистки сточных вод.
Бескислородные условия в анаэробной и аноксидной зонах создают путем осуществления перемешивания воздухом, подаваемым перфорированными аэраторами, и организации в этих зонах циркуляционного потока иловой смеси, при этом поток иловой смеси проходит через блоки плоскостной загрузки сверху вниз со скоростью 0,05-0,5 м/сек.
Расположение блоков плоскостной загрузки 6, выполненных в виде вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м из полимерного материала, и назначенная скорость циркуляции через них иловой смеси, обеспечивают оптимальный гидродинамический режим для развития и функционирования биопленки.
Проходя сверху вниз через блоки плоскостной загрузки, иловая смесь быстро теряет остаточный кислород и нитраты. В результате, не
только в биопленке, но и в объеме между элементами загрузки создаются анаэробные условия с высоким содержанием ацетата. Это стимулирует развитие фосфорных бактерий, которые в анаэробных условиях быстро поглощают ацетат и синтезируют из него внутриклеточный РНВ (поли-
-гидроксибутират), используя для этого энергию гидролиза клеточных полифосфатов до ортофосфатов (ортофосфаты выделяются фосфорными бактериями в среду, т.е. идет вторичное загрязнение сточной воды фосфатами).
В аноксидной и анаэробной зонах за счет низкоинтенсивной (минимально допустимая интенсивность аэрации, при которой активный ил поддерживается во взвешенном состоянии находится в пределах 2-2,5 м3 /час воздуха на 1 м2 площади поверхности аэротенка) крупнопузырчатой (диаметр пузырей воздуха больше 6-8 мм) аэрации пористыми аэраторами создаются практически бескислородные условия (концентрация растворенного кислорода всего 0,05 мг/л). Во всем объеме зоне протекает денитрификация (биовосстановление нитратов до молекулярного азота) активным илом. Кроме того, интенсивно идет денитрификация в поверхностном слое биопленки, куда проникают нитраты. В глубине биопленки создаются анаэробные условия и интенсивно протекает кислотное сбраживание органических веществ с образованием, главным образом, ацетата.
Размещение в аноксидной и анаэробной зонах блоков плоскостной загрузки, изготовленных из чередующихся плоских и гофрированных листов из стойкого полимерного материала, позволяет интенсифицировать и стабилизировать процесс биологической очистки за счет увеличения общей концентрации биомассы (активного ила и биопленок) и более высокой устойчивости микроорганизмов биопленок к колебаниям расхода и загрязненности сточных вод.
Плоскостная загрузка позволяет создать анаэробные условия (нет кислорода и нитратов) даже при аэрации иловой смеси перфорированными аэраторами, т.е. без применения дорогостоящих мещалок. Кроме того, создаются условия для развития на поверхности загрузки специфического микробного ценоза, что увеличивается скорость денитрификации и биологической дефосфотации.
Попадая затем с потоком иловой смеси в аэробную зону аэротенка фосфорные бактерии быстро потребляют из сточной воды фосфаты, которыми запасаются внутри клеток в виде полифосфатов (этим и достигается дополнительная очистка сточной воды от фосфатов). Одновременно идет аэробный рост и размножение фосфорных бактерий, синтезирующих биомассу с использованием в качестве источника углерода РНВ, накопленного в анаэробных условиях.
Используемые для осуществления способа очистки сточных вод пористые аэраторы «Креал», размещаемые в аэробной зоне, описаны в патенте на ПМ №32487. Пористый аэратор выполняется в виде трубы, образованной из стеклоткани, пропитанной композицией из термореактивных смол с последующей ее полимеризацией и имеющей упорядоченную микропористую структуру с заданным расстоянием между порами. Пористые аэраторы создают мелкопузырчатую (диаметр пузырей воздуха не превышает 4 мм) аэрацию с высокой эффективностью массопередачи кислорода из воздуха в воду, что обеспечивает необходимое насыщение воды кислородом (интенсивность аэрации, создаваемой в аэробной зоне придонными пористыми аэраторами обеспечивает концентрацию растворенного кислорода в аэробной зоне не менее 2 мг/л).
Перфорированные аэраторы используются как перемешивающие устройства для поддержания активного ила во взвешенном состоянии и для создания аноксидной и анаэробной зон, необходимых для удаления
нитратов в процессе денитрификации. Они изготавливаются из тех же материалов и имеют те же размеры, что и пористые трубчатые аэраторы, но стенки перфорированных аэраторов непроницаемы для воздуха и содержат отверстия диаметром не менее 3 мм. Эффективность массопередачи кислорода в 3-3,5 раза ниже, чем для пористых аэраторов. При низкой интенсивности аэрации (2-2,5 м3 /ч воздуха на 1 м2 площади поверхности аэротенка) это позволяет создавать практически бескислородные условия (С0<0,05 мгO2/л), необходимые для реализации эффективной очистки от азота и фосфора.
Размещение аэраторов производится в составе аэрирующих модулей, которые располагаются в несколько рядов с интервалом до 1,1 м, образуя широкую аэрируемую полосу, отвечающую ширине аэрируемого сооружения, что дополнительно повышает эффективность использования кислорода аэрирующего воздуха и позволяет поддерживать активный ил во взвешенном состоянии даже при низкой интенсивности аэрации (до 2-2,5 м3/ч воздуха на 1 м 2 площади поверхности аэротенка).
Использование эффективных аэраторов с широкой аэрирующей полосой в аэробной зоне ведет к увеличению скорости биоокисления органических веществ и аммонийного азота вследствие повышения концентрации растворенного кислорода, а за счет рассредоточенной подачи сточной воды происходит увеличение дозы активного ила.
Образованная таким образом система аэрации делает возможным создание в аэротенке аэробных, аноксидных и анаэробных зон с помощью двух типов аэраторов «Креал» и различной интенсивности аэрации.
На этой основе разработаны и внедряются технологии очистки сточных вод от азота и фосфора (технологии нитриденитрификации и биологической дефосфотации) при одновременном сокращении расхода воздуха на аэрацию.
Преимуществом предложенного устройства является интенсификация процесса биологической очистки сточных вод, повышение эффективности очистки и сокращение сроков проведения очистки сточных вод.
1. Устройство для биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, содержащее трубопровод подвода сточных вод, аэротенк коридорного типа с образованными по длине аэротенка, по меньшей мере, по одной анаэробной, аноксидной и аэробной зонами, разделенными между собой поперечными перегородками с окнами, а также трубопровод рециркуляции возвратного ила, при этом в образованных зонах установлены аэраторы, сообщенные воздуховодом с источником подачи воздуха, а в анаэробной и аноксидной зонах размещена загрузка для иммобилизации микроорганизмов, отличающееся тем, что загрузка для иммобилизации микроорганизмов выполнена в виде блоков плоскостной загрузки, образованных из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м, при этом в анаэробной и аноксидной зонах установлены придонные перфорированные аэраторы для создания в зонах крупнопузырчатой аэрации иловой смеси, а в аэробной зоне установлены придонные пористые аэраторы для создания в зоне мелкопузырчатой аэрации иловой смеси.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что листы блоков плоскостной загрузки изготовлены из стойкого полимерного материала.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блоки плоскостной загрузки выполнены с удельной поверхностью 40-150 м2/м3.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорированные аэраторы в анаэробной и аноксидной зонах, и пористые аэраторы в аэробной зоне, объединены соответственно в аэрирующие модули, каждый из которых выполнен в виде сообщенного с источником подачи воздуха воздуховода и подсоединенных к нему перфорированных или пористых аэраторов.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пористый аэратор выполнен в виде трубы, образованной из стеклоткани, пропитанной композицией из термореактивных смол с последующей ее полимеризацией для образования по всей толщине стенки трубы упорядоченной микропористой структуры с заданным расстоянием между порами.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорированный аэратор выполнен в виде образованной из стеклоткани трубы с диаметром отверстий перфорации не менее 3 мм.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что аэробная зона оборудована эрлифтом, соединенным трубопроводом с аноксидной зоной.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в аэротенке последовательно расположены анаэробная, аноксидная и аэробная зоны, а вход анаэробной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в аэротенке последовательно расположены первая аноксидная зона, анаэробная зона, первая аэробная зона, вторая аноксидная зона и вторая аэробная зона, при этом входы аноксидных и аэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, а вход первой аноксидной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в аэротенке последовательно расположены первая аэробная зона, аноксидная зона, анаэробная зона и вторая аэробная зона, при этом входы первой аэробной, аноксидной и анаэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, а вход первой аэробной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в аэротенке последовательно расположены первая аноксидная зона, анаэробная зона, вторая аноксидная зона, первая аэробная зона, вторая аэробная зона, при этом входы аноксидных и анаэробной зон сообщены с трубопроводом подвода сточных вод, выход первой аэробной зоны сообщен посредством эрлифта со входом второй аноксидной зоны, а вход первой аноксидной зоны сообщен с трубопроводом рециркуляции возвратного ила.
12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что дополнительно в последней аэробной зоне аэротенка размещены блоки плоскостной загрузки, образованные из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м, и установлены придонные перфорированные аэраторы для создания крупнопузырчатой аэрации иловой смеси.
