Биореактор доочистки биологически очищенных сточных вод

Полезная модель относится к устройствам для доочистки биологически очищенных городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве населенных мест или промышленных предприятий при необходимости доведения качества очищенной воды до уровня требований выпуска в рыбохозяйственный водоем.

Биореактор до очистки биологически очищенных сточных вод, включающий корпус с выделенными функциональными зонами сорбции и биоокисления, физико-химической очистки, системы коммуникаций для подвода, распределения, отвода обработанной до очищенной воды и промывных вод после сорбции и биоокисления, после зоны физико-химической очистки сточных вод, рециркуляции воды эрлифтными нишами, подвода воздуха, трубопроводы для введения в до очищаемую воду реагентов после зоны окисления, загрузку в виде волокнистой ершовой насадки и зернистых материалов, системы барботеров регенерации, расположенные под каждой функциональной зоной, биореактор снабжен через запорную арматуру двумя трубопроводами отвода промывных вод отдельно от зоны сорбции и биоокисления и отдельно от зоны физико-химической очистки, насосом подачи на промывку зоны физико-химической очистки из зоны сорбции и биоокисления, подвод воды на очистку в зону сорбции и биоокисления выполнен сверху вниз, а в зону физико-химической очистки снизу вверх восходящим потоком, для опорожнения от промывной воды зоны сорбции и биоокисления задействован насос промывной воды зоны физико-химической очистки, отводящая труба промывных вод зоны физико-химической очистки расположена над трубой отвода до очищенной воды. 1 с.п. ф-лы, 2 илл

Полезная модель относится к устройствам для доочистки биологически очищенных городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве населенных пунктов и промышленных предприятий при необходимости доведения качества очищенной воды до уровня нормативов для выпуска ее в рыбохозяйственные водоемы.

Известно, использование аэрируемых емкостных сооружений, заполненных волокнистой ершовой насадкой, для доочистки биологически очищенных сточных вод [1]. К сожалению, способ и устройства для его реализации непригодно при необходимости удаления фосфатов сточных вод связыванием их токсичными для гидробионтов реагентами в нерастворимые соединения с последующим задержанием этих соединений насадкой.

Наиболее близким по конструктивному оформлению и системе коммуникаций и приспособлений для конструктивного оформления биореактора доочистки биологически очищенных сточных вод к заявляемой полезной модели является патент на полезную мод ель [2] биореактора доочистки сточных вод, включающего корпус с выделенными функциональными зонами сорбции и биоокисления, физико-химической очистки воды, системы коммуникаций для подвода, распределения, дренажные системы сбора обработанной воды после зон сорбции и биоокисления, физико-химической очистки, отвода дочищенных сточных вод, рециркуляции эрлифтами, подвода воды на промывку и отвода промывных вод, подвода воздуха, трубопроводы для введения в очищаемую воду реагентов, загрузку в виде волокнистой насадки и зернистых материалов, снабжен как минимум двумя эрлифтными нишами, расположенными внутри или снаружи корпуса и соединенными с каждой функциональной зоной, обеспечивающими отвод и/или циркуляцию сточных вод от каждой или от всех функциональных зон, дренажная система сбора обработанной воды и подвода воздуха выполнены под каждой функциональной зоной, а трубопровод ввода реагентов смонтирован после зоны окисления.

Предложенная в прототипе конструкция имеет ряд недостатков: для промывки функциональных зон необходима очищенная вода, накопленная в резервуарах чистой воды, насадка, используемая для сорбции и биоокисления, загрязняется отмываемыми с зернистой, например, пуролатовой (антрацитовой) загрузки токсичными веществами, что снижает ее окислительную мощность и увеличивает потребность в промывочной воде.

Целью заявляемой полезной модели является исключение потребности в резервуарах чистой воды, сокращение объема промывной воды с металлосодержащими осадками, увеличение окислительной мощности зоны сорбции и биоокисления.

Достигается поставленная цель тем, что биореактор доочистки биологически очищенных сточных вод, включающий корпус с выделенными функциональными зонами сорбции и биоокисления, физико-химической очистки, системы коммуникаций для подвода, распределения, отвода обработанной до очищенной воды и промывных вод после зоны сорбции и биоокисления, после зоны физико-химической очистки сточных вод, рециркуляции воды эрлифтными нишами, подвода воздуха, трубопровода для введения в до очищаемую воду реагентов после зоны биоокисления, загрузку в виде волокнистой ершовой насадки и зернистых материалов, системы барботеров регенерации, расположенные под каждой функциональной зоной, снабжен через запорную арматуру двумя трубопроводами отвода промывных вод отдельно от зоны сорбции и биоокисления и отдельно от зоны физико-химической очистки, насосом подачи воды на промывку зоны физико-химической очистки из зоны сорбции и биоокисления, подвод воды на очистку в зону сорбции и биоокисления выполнен сверху вниз, а в зону физико-химической очистки снизу вверх восходящим потоком, для опорожнения от промывных вод зоны сорбции и биоокисления задействован насос промывной воды зоны физико-химической очистки, а отводящая труба промывных вод зоны физико-химической очистки расположена над трубой отвода до очищенной воды.

Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений про биореакторы доочистки биологически очищенных сточных вод такой конструкции и комплектации, какая предложена в формуле полезной модели, что дает основания утверждать, что предлагаемый биореактор доочистки биологически очищенных сточных вод отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ приспособлений, которые используются в известных технических решениях и в том числе в прототипе, показал на существенные признаки, отличающие предлагаемое решение.

Преимущества, которые достигаются, свидетельствуют о том, что задачи, которые решаются, выполнены на изобретательском уровне, поскольку они не вытекают, очевидно, из известных в данной области техники решений и поэтому отвечают критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемый биореактор доочистки биологически очищенных сточных вод поясняется чертежами, где на Фиг.1 показан горизонтальный разрез биореактора доочистки сточных вод, а на Фиг.2 вертикальный разрез биореактора.

Обозначения на чертежах следующие:

1. Корпус биореактора доочистки сточных вод.

2. Зона сорбции и биоокисления.

3. Каркасы с волокнистой ершовой насадкой.

4. Эрлифтные ниши.

5. Перегородка, разделяющая зоны сорбции и биоокисления от зоны физико-химической очистки.

6. Барботеры регенерации.

7. Воздуховод.

8. Зона физико-химической очистки сточных вод.

9. Зернистая загрузка.

10. Поддерживающий слой.

11. Насос подачи промывной воды из зоны сорбции и биоокисления в зону физико-химической очистки.

12. Перепускная труба подачи до очищенной воды из зоны сорбции и биоокисления в зону физико-химической очистки.

13. Трубопровод ввода реагентов.

14. Трубопровод опорожнения зоны сорбции и биоокисления при регенерации волокнистой ершовой насадки с помощью насоса 11.

15. Трубопровод отвода до очищенной воды.

16. Трубопровод подачи воды на доочистку.

17. Трубопровод отвода промывной воды из зоны физико-химической очистки.

18. Трубопровод подвода промывной воды в зону физико-химической очистки воды.

Биореактор доочистки биологически очищаемых сточных вод (Фиг.1, 2) выполнен в виде прямоугольного в плане резервуара, корпус (1) которого может быть выполнен из металла, пластмассы или железобетона. Резервуар поделен поперечной перегородкой (5) на две зоны. Зона сорбции и биоокисления (2) первой принимает по трубопроводу (16) биологически очищенную воду после вторичных отстойников на доочистку. В объеме зоны (2) сорбции и биоокисления на каркасах (3) закреплена волокнистая ершовая насадка. С двух сторон зона (2) сорбции и биоокисления снабжена эрлифтными нишами (4), в которых воздух от магистрального воздуховода (7) вводится через перфорированные трубы. Для регенерации волокнистой ершовой насадки в каркасах (3) под каркасами положены с шагом 200 мм барботеры (6) регенерации, сообщенные с воздуховодом (7). Из зоны (2) сорбции и биоокисления доочищаемая вода перетекает в зону (8) физико-химической очистки по перепускному трубопроводу (12) под поддерживающий слой (10) зоны (8), состоящий из щебня или гравия крупностью 58 мм слоем 50 мм.

На поддерживающий слой (10) насыпана зернистая загрузка (9) из зерен антрацита крупностью 1,64 мм. В поддерживающем слое (10) размещены барботеры (6) регенерации, сообщенные через запорную арматуру с воздуховодом (7). В перепускную трубу (12) врезан трубопровод (13) ввода реагентов. Над зернистой загрузкой (9) в зону физико-химической (8) очистки воды помещен каркас (3) с волокнистой ершовой насадкой.

Отвод до очищенной воды из зоны (8) физико-химической очистки осуществляется по трубопроводу (15). Для промывки зернистой загрузки (9) предусмотрен трубопровод (18), сообщающий через насос (11) зону (2) сорбции и биоокисления с зоной (8) физико-химической очистки. Отвод промывочной воды из зоны (8) физико-химической очистки производится по трубопроводу (17).

При регенерации волокнистой ершовой насадки каркасов (3) за счет барботажа воды, находящейся в зоне (2) сорбции и биоокисления опорожнение зоны (2) от промывной воды производится посредством насоса (11) по трубопроводу (14).

Работает биореактор доочистки биологически очищенных сточных вод следующим образом. Биологически очищенная сточная вода после выхода из вторичных отстойников имеет, как правило, значения параметров качества, не отвечающие требованиям нормативов сброса в рыбохозяйственный водоем по таким показателям, как БПК_п, взвешенные вещества, фосфаты и азоты. Поступая по трубопроводу (16) подвода исходной воды на доочистку, биологически очищенная сточная вода поступает в резервуар биореактора доочистки, внутрь корпуса (1) в зону (2) сорбции и биоокисления. За счет наличия эрлифтных ниш (4), оснащенных перфорированными трубами ввода воздуха от воздуховода (7) внутри зоны (2) сорбции и биоокисления происходит непрерывная циркуляция сточной воды, в нишах (4) водовоздушная смесь движется вверх и по пути насыщается кислородом воздуха. В средней части зоны (2) размещены каркасы (3) с волокнистой ершовой насадкой. Движущийся поток сточной воды сверху вниз сквозь волокнистую ершовую насадку наводит на волокнах ершовой насадки потенциал протекания, обеспечивающий сорбционные свойства волокон по отношению к микроорганизмам активного ила. Сорбированные на волокнах микроорганизмы частиц активного ила, потребляя растворенный в воде кислород, окисляют органические примеси сточных вод, снижая величину БПК_п и содержание N-NH₄⁺. Задержание иловых частиц уменьшает количество взвешенных веществ в сточной воде. Обычно при нормальной работе основного сооружения биологической очистки сточных вод - аэротенка и вторичного отстойника вынос взвешенных веществ активного ила не превышает 15 мг/л. Заиление волокнистой ершовой насадки каркасов (3) происходит за 710 суток, по истечению которых необходимо производить удаление избыточных иловых частиц. Для срыва с волокнистой ершовой насадки иловых частиц в зону (2) сорбции и биоокисления через барботеры (6) регенерации подают от воздуховода (7) воздух и открывают запорную арматуру насоса (11) для отвода по трубопроводу (14) опорожнения зоны (2) сорбции и биоокисления от иловой смеси. При регенерации волокнистой насадки подача исходной воды в зону (2) прекращается.

Промывная вода - иловая смесь, из зоны (2) сорбции и биоокисления откачивается насосом (11) в голову очистной станции или перед вторичными отстойниками. После прохождения до очистки в зоне (2) сорбции и биоокисления сточная вода по перепускной трубе (12) перетекает за перегородку (5) в зону (8) физико-химической очистки под поддерживающий слой (10). Далее сточная вода фильтруется сквозь зернистую загрузку (9) из частиц антрацита (пуролата). Поскольку в перепускную трубу (12) по трубопроводу (13) производится непрерывный ввод реагентов, содержащих алюминий или железо, то соединяясь с фосфатами алюминий или железо, образуют нерастворимые вещества (АlРO₄ или FePO₄), которые задерживаются в фильтре на зернистой загрузке (9). В зависимости от содержания фосфатов и дозы реагентов количество нерастворимых веществ может быть различным. По исчерпании грязеемкости зернистой загрузки (9) ее поры забиваются отложениями и увеличивается сопротивление фильтра протоку воды, что вызывает повышение уровня воды в зоне (2) сорбции и биоокисления и дает сигнал о необходимости регенерации зернистой загрузки (9). Для регенерации зернистой загрузки (9) производится включение насоса (11) подачи по трубопроводу (18) промывной воды из зоны (2) сорбции и биоокисления в зону (8) физико-химической очистки. При этом перекрывается задвижка на трубопроводе (15) отвода очищенной воды. Одновременно с подачей промывной воды насосом (11) в поддерживающий слой (10) производится подача воздуха от воздуховода (7) через барботеры регенерации (6). Водовоздушная смесь расширяет зернистую загрузку (9), заставляет зерна антрацита тереться друг о друга и освобождаться от отложений фосфатов металлов (Аl или Fe). Промывная вода поднимается до уровня расположения трубопровода (17) отвода промывной воды из зоны (8) физико-химической очистки и отводится в резервуар грязной воды накопления металлосодержащих осадков.

Использование воды из зоны (2) сорбции и биоокисления для промывки зернистой загрузки (9) зоны (8) физико-химической очистки исключает необходимость наличия в блоке доочистки резервуара чистой воды, необходимого в прототипе. Раздельная регенерация зон позволяет уменьшить количество металлосодержащих осадков. Отсутствие металлосодержащих осадков на волокнистой ершовой насадке зоны сорбции и биоокисления исключает токсичное воздействие металлов на биологический процесс и обеспечивает решение доставленной задачи - увеличения окислительной мощности зоны сорбции и биоокисления.

Наличие каркасов (3) с волокнистой ершовой насадкой над зернистой загрузкой (9) обеспечивает равномерность распределения потока промывной воды по сечению зоны (8) физико-химической очистки и способствует снижению выноса расширившейся зернистой загрузки (9) с промывной водой.

Биореактор доочистки биологически очищенных сточных вод, включающий корпус с выделенными функциональными зонами сорбции и биоокисления, физико-химической очистки, системы коммуникаций для подвода, распределения, отвода обработанной доочищенной воды и промывных вод после сорбции и биоокисления, после зоны физико-химической очистки сточных вод, рециркуляции воды эрлифтными нишами, подвода воздуха, трубопроводы для введения в доочищаемую воду реагентов после зоны окисления, загрузку в виде волокнистой ершовой насадки и зернистых материалов, системы барботеров регенерации, расположенные под каждой функциональной зоной, отличающийся тем, что снабжен через запорную арматуру двумя трубопроводами отвода промывных вод отдельно от зоны сорбции и биоокисления и отдельно от зоны физико-химической очистки, насосом подачи на промывку зоны физико-химической очистки из зоны сорбции и биоокисления, подвод воды на очистку в зону сорбции и биоокисления выполнен сверху вниз, а в зону физико-химической очистки - снизу вверх восходящим потоком, для опорожнения от промывной воды зоны сорбции и биоокисления задействован насос промывной воды зоны физико-химической очистки, отводящая труба промывных вод зоны физико-химической очистки расположена над трубой отвода доочищенной воды.