Очистные сооружения сточных вод нового типа

Очистные сооружения нового типа 


 

В настоящее время очистка сточных вод (ОСВ) крупных городов производится на очистных сооружениях, построенных в 70-80-е годы прошлого столетия. Устаревшая технология очистки и обеззараживания сточных вод не позволяет обеспечить выполнение современных санитарных нормативов. Критика атрибутов старой технологии - железобетонных резервуаров, устаревших систем аэрации, иловых площадок и др. - выведена за рамки настоящей пояснительной записки и приведена в Приложении. Новый подход предполагает:

· полный отказ от устаревшей традиционной технологии,

· применение новейших технологических решений с уровнем изобретательской патентной новизны 1-5 лет для каждого технологического этапа,

· принципиально новый уровень качества очистных сооружений (ОС) за счёт отказа от использования изготовленных строительным способом технологических конструкций и применения технологических конструкций машиностроительного способа и уровня производства,

· оптимизацию процесса по экономическим параметрам – стоимость ОС при применении современного оборудования не превышает стоимости ОС традиционного типа, эксплуатационные затраты снижаются более чем вдвое,

· высокую адаптивность используемого оборудования к различному составу поступающих на очистку стоков и к различным требованиям по качеству очистки,

· высокую адаптивность по производительности - возможность наращивания и уменьшения производительности (вплоть до полного демонтажа и перемещения на другое место эксплуатации).

Предлагаемое оборудование принципиально меняет не только технологический процесс, используя современные высокоэффективные технические решения, но и саму концепцию технического оснащения и управления процессом. Технологический резервуарный парк представляет из себя набор модульных конструкций из нержавеющей и оцинкованной стали и полимерных материалов наземного исполнения, сочетающий высокую технологичность, долговечность и особенную эстетичность. Технологические процессы полностью автоматизированы. Ручной труд применяется только при выполнении операций технического обслуживания.

Предлагаемые решения основаны на опыте эксплуатации очистных сооружений, практике применения современных технологических подходов очистки сточных вод, а также анализе рынка современного оборудования ведущих мировых производителей.

 

Технологический процесс.

Комплекс очистки сточных вод предназначен для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и широкого спектра сточных вод органического происхождения, а также для обеззараживания очищенной воды.

Сточная вода поступает в гаситель напора, где происходит снижение и выравнивание скорости потока и первичное осаждение крупных взвешенных частиц. Для удаления крупных частиц и мусора сточная вода поступает на механизированные решетки-дробилки, затем в песколовки, где происходит улавливание из сточных вод примесей минерального состава. Задержанные примеси удаляются на песковые площадки для обезвоживания, подсушивается и последующего вывоза.

Затем стоки поступают в первичный отстойник с тонкослойным модулем для глубокого осветления воды. Конструкция первичного отстойника предусматривает адгезию нефтепродуктов. Сильно загрязненные сточные воды проходят предочистку в блоке поляризованных фильтров.

После предочистки стоки поступают в анаэробный биореактор, в котором происходит деструкция трудноокисляемой органики на бионосителе иммобилизованными и свободноплавающими микроорганизмами, затем в аэробный биореактор.

Под действием аэробных нитрифицирующих бактерий происходит процесс нитрификации - окисление азота аммонийных солей сначала нитритными бактериями до солей азотистой кислоты (нитритов), при дальнейшем окислении нитратными бактериями – до солей азотной кислоты (нитратов). Процесс нитрификации является конечной стадией минерализации азотсодержащих органических загрязнений. Наличие нитратов в очищенных сточных водах служит одним из показателей степени их полной очистки. В виде нитратов накапливается запас кислорода, который может быть использован для окисления органических безазотистых веществ. Связанный кислород отщепляется от нитритов и нитратов под действием денитрифицирующих бактерий и вторично расходуется для окисления органического вещества. Процесс денитрификации сопровождается выделением в атмосферу свободного азота и окиси азота в газообразной форме. Последовательное соединение секций и поддержание в них оптимальной концентрации кислорода формирует трофическую цепочку, которая подбирается в зависимости от концентрации органических и биогенных элементов. Трофическая цепь представлена биоценозом микроорганизмов, завершающим звеном которой являются хищные формы, поедающие живые и отмирающие бактериальные клетки, усваивающие и расщепляющие органические соединения в начале цепи.

Иммобилизованные формы микроорганизмов позволяют отказаться от регенераторов.

Технологический процесс основан на методе полного окисления с аэробной стабилизацией. В аэрационной части ОС в последней фазе очистки происходит полная минерализация активного ила.

Для удаления избыточного ила после биореактора очистки устанавливается вторичный отстойник также с тонкослойным модулем. Из вторичного отстойника сточная вода поступает в биореактор доочистки. Блок доочистки работает в режиме фильтротенка.

В аэробную зону биореактора очистки и в биореактор доочистки через систему воздухоподводящих труб и аэраторов подается сжатый воздух для окисления органики и насыщения воды кислородом, необходимым для жизнеобеспечения микроорганизмов и удаления газообразных продуктов распада. С целью интенсификации работы очистных сооружений использована система аэрации с применением пневматических аэраторов из спеченных порошков титана. Основным преимуществом аэраторов из пористого металла по сравнению с фильтросными плитами и трубчатыми аэраторами является меньшее удельное сопротивление (в 3-4 раза) при меньшем размере пор (следовательно, при меньшем размере пузырьков – до 150 мкм), что позволяет уменьшить подачу воздуха на 30-50%, сократив тем самым удельные энергозатраты на аэрацию. Аэраторы, благодаря заложенным в них “know-how”, подвержены меньшему биообрастанию, чем керамические и полимерные, что существенно увеличивает срок службы до регенерации.

После аэробной биологической очистки для удаления остаточных нитритов и нитратов, образовавшихся в процессе нитрификации аммонийных форм азота, вода поступает в денитрификатор, совмещенный с третичным тонкослойным отстойником. В процессе денитрификации происходит преобразование нитритов и нитратов в газообразный азот и окись азота.

Для более полного удаления соединений фосфора и осаждения ила в третичном отстойнике предусмотрена подача раствора коагулянта. Для приготовления раствора коагулянта предусмотрена станция приготовления и дозирования реагентов. Подача раствора осуществляется на стадию доочистки стоков.

Для тонкой доочистки используется блок фильтров механической и сорбционной доочистки.

Обеззараживание очищенной воды происходит на установках ультрафиолетового обеззараживания.

Очищенная до норм ПДК и обеззараженная вода отводится сбросной коллектор. Осадок из отстойников по трубопроводам поступает в илосборник, откуда с помощью насоса подается в блок обезвоживания осадка.

Контроль технологического процесса в части формирования микрофлоры осуществляется по оригинальной методике, описанной в авторской монографии Соловых Г.Н., Левин Е.В., Пастухова Г.В. Биотехнологическое направление в решении экологических проблем. Екатеринбург, УрО РАН, 2003 г.

Комплекс очистки сточных вод имеет сертификаты соответствия № РОСС RU.ПВ03.В00111, РОСС RU.ПВ03.В00112, РОСС RU.ПВ03.В00113.

В технологии и технологических конструкциях использованы авторские технические решения, защищённые патентами:

1. № 2238247 «Установка микробиологической очистки сточных вод»

2. № 2384528 «Установка микробиологической очистки сточных вод»

3. № 60962 «Универсальная сборная емкость»

4. № 2372450 «Устройство управления сливом»

5. №2374399 «Устройство для очистки воды от мусора»

6. № 2369564 «Устройство для иммобилизации микроорганизмов при биологической очистке сточных вод»

7. № 2398611 «Тонкослойный отстойник»

8. № 2404136 «Рабочий элемент для загрузки биофильтра, его вариант и способ изготовления рабочего элемента и его варианта»

9. № 85528 «Модульная панель для сооружения емкости и сборная емкость»

10. № 84841 «Система обезвоживания осадков сточных вод»

11. № 98155 «Гнутый замкнутый профиль»

12. № 2406556 «Пакет тонкослойного отстойника».

13. Заявка на изобретение № 2010121119 «Гнутый замкнутый профиль, способ производства гнутого замкнутого профиля, рама каркаса пространственной конструкции, использующая гнутый замкнутый профиль и пространственная конструкция, использующая раму каркаса».

14. Евразийская заявка на изобретение № 2011000010 «Гнутый замкнутый профиль, способ производства гнутого замкнутого профиля, рама каркаса пространственной конструкции, использующая гнутый замкнутый профиль и пространственная конструкция, использующая раму каркаса».

Получены медали:

Золотая медаль на VII-м Московском международном салоне инноваций и инвестиций за разработку Комплекса очистки сточных вод (КОСВ).

Бронзовая медаль на VIII-м Московском международном салоне инноваций и инвестиций за разработку Станции очистки производственно-дождевых сточных вод (ПДСВ).

 

 

Приложение

Сравнительные характеристики применяемых и рекомендуемых процессов.

 

Общая характеристика применяемых процессов

Рекомендуемые процессы

1.

Гравитационные отстойники (первичные и вторичные)

 

При механической очистке из сточной воды удаляются загрязнения, находящиеся в ней главным образом в нерастворенном и частично коллоидном состоянии. Основная масса загрязнений органического происхождения выделяется из сточной жидкости в отстойниках. В зависимости от назначения отстойники подразделяются на первичные и вторичные. Для повышения степени очистки в них устанавливают тонкослойные отстойники. Они имеют водораспределительную зону, отстойную и водосборную зону, а также осадочную зону. Отстойная зона разделена полками (или трубками) и отстаивание происходит в пространстве между полками высотой до 15 см. Возможны следующие схемы движения воды и выпавшего осадка:

- перекрестная, когда осадок движется перпендикулярно направлению движения потока;

- противоточная,. когда осадок удаляется в направлении, противоположном движению потока;

- прямоточная – когда направления движения потока и осадка совпадают.

Первичные отстойники могут обеспечить эффект осветления жидкости не более чем на 60% при благоприятных условиях их работы. Чаще достигается эффект осветления 35-50%. Имеют каркасную оболочку, что непрактично при перевозке. Дороги в производстве, в связи с чем практически не применяются.

 

(Патент на изобретение №2369564 «Устройство для иммобилизации микроорганизмов при биологической очистке сточных вод», автор и патентообладатель Левин Е.В. патент на изобретение № 2406556 «Пакет тонкослойного отстойника», автор и патентообладатель Левин Е.В.). Пакет тонкослойного отстойника, включающий пластинчатые элементы, выполненные в виде желобов с наклонными боковыми стенками, отличающийся тем, что желоба образуют сотовую пространственную разборную структуру, каждый желоб выполнен в виде трубы, на двух смежных наружных углах трубы образованы выступы, на двух противоположных им наружных углах трубы выполнены углубления с внутренним поперечным сечением соответствущим поперечному сечению указанных выступов, при этом грани трубы, расположенные между выступами и углублениями или между выступами и между углублениями имеют прямолинейные и криволинейные образующие линии. Могут иметь как шарообразную, трех-, четырехгранную, форму близкую к кругу или эллипсу. Ширина и высота пакета задается размерами внутреннего пространства тонкослойного отстойника. Пакет можно собирать: по ширине слева направо или в обратном направлении; по высоте сверху вниз или в обратном направлении.

Тонкослойный отстойник (Патент на изобретение № 2398611 «Тонкослойный отстойник» автор и патентообладатель Левин Е.В.) включает в себя короб с входной и выходной зонами. Внутри короба установлен пакет наклонных элементов, каждый из которых содержит желоба с наклонными боковыми стенками. Желоба наклонных элементов выполнены в виде гофр, при этом верхняя часть каждого гофра или заданной части гофр содержит опорную плорщадку для нижней части гофр, следующего по высоте наклонного элемента. Возможны варианты: желоба выполнены в виде трапецеидальных гофр, с V-образной впадиной или волнообразных гофр.

2.

Аэротенки.

 

Аэротенк представляет собой длинный железобетонный резервуар, состоящий из нескольких секций, в котором медленно движется смесь активного ила и очищенной сточной жидкости. Со временем от разницы температуры воды в нем и атмосферной температурой возникает медленное разрушение конструкции, вследствие чего возникает течь. Используется свободноплавающая микрофлора.

Полимерная чаша, которая выстилается внутри существующего аэротенка, путем скрепления между отдельными ее составляющими механическим «замком», обеспечивающим герметичность. На стадии биологической очистки применять аэротенки нитри-денитрификаторы, что обеспечивает удаление органических веществ и соединений азота.

3.

Аэрация

 

Различают мелкопузырчатую, средне пузырчатую и крупнопузырчатую аэрацию. При мелкопузырчатой аэрации крупность пузырьков воздуха составляет 1-4 мм. К ним относят керамические, тканевые и пластиковые аэраторы, а также форсуночного и ударного типов. При средне пузырчатой – 5-100 мм. К ним относят перфорированные трубы, щелевые аэраторы. При крупнопузырчатой – более 100 мм. К ним относят открытые с низу трубы, а также сопла. Обычно воздух в перфорированные трубы или под фильтросные пластины поступает из стояков, которые отходят от основного магистрального воздуховода. Фильтросные пластины с течением времени загрязняются частицами пыли, волокнистыми веществами, ржавчиной, окалиной; поры могут зарастать бактериальной пленкой. В связи с этим увеличивается сопротивление проходу воздуха через фильтросные пластины и повышается необходимая мощность воздуходувок. Со временем их очищают металлическими щетками, промывая их 30%-м раствором соляной кислоты. Эти методы очистки несколько восстанавливают проницаемость пластин, но на короткий срок, поэтому в среднем через семь лет фильтросные пластины полностью заменяют.

Предлагаются наиболее перспективные по своим показателям микропузырчатые металлокерамические аэраторы с размерами пузырька 15-150 мкм. Пористые материалы, изготовленные методами порошковой металлургии из порошка титана, превосходят ткани, сетки, войлок, перфорированные металлические и полимерные листы. Диспергаторы из порошка титана с анизотропной поровой структурой оказались перспективными по результатам лабораторных испытаний для систем озонирования питьевой воды. С 1987 г. 2 тыс. диспергаторов успешно эксплуатируются в системе озонирования питьевой воды г.Минска. Они же успешно заменили керамические трубы AEROLIT фирмы SCHUMACHER (ФРГ), что позволило уменьшить на 14-17% дозу озона. Общая производительность 200000 м3 в сутки. Они отличаются неприхотливостью в эксплуатации, стойкостью к агрессивным средам, длительным сроком службы. Отсутствует проблемы загрязнения частицами пыли, волокнистыми веществами; не подвержены обрастанию водорослями и другими микроорганизмами. Обладают коррозийной стойкостью и механической прочностью.

4.

Насосно-воздуходувное оборудование

 

Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов–минерализаторов в аэротенк должен непрерывно поступать кислород воздуха, который в свою очередь будет поддерживать ил во взвешенном состоянии. Кислород нагнетается в аэротенк воздуходувками или засасывается из атмосферы при сильном перемешивании содержимого аэротенка.

Замена старых аэраторов на диспергатор с пористым титановым диском позволит уменьшить почти вдвое потребляемую воздуходувками мощность. Возможна замена насосно-воздуходувного оборудования с применением частотных регуляторов приводов, что даст значительную экономию электроэнергии.

5.

Система обезвоживания осадков сточных вод

 

Для сушки осадка на очистных сооружениях традиционно применяются иловые площадки, для главный недостаток которых - большие земельные площади, а также запах.

Патент на полезную модель №84841 «Система обезвоживания осадков сточных вод», автор и патентообладатель Левин Е.В.. Система обезвоживания осадков сточных вод, включающая подающий трубопровод сырого осадка в бункер сырого осадка, насос сырого осадка с высасывающим трубопроводом, соединенным с бункером сырого осадка, напорный трубопровод сырого осадка, насос флокулянта с всасывающим трубопроводом, соединенным с емкостью флокулянта, напорный трубопровод флокулянта, устройство для разделения твердой и жидкой фаз с выгрузочным окном для обезвоженного осадка, при этом напорный трубопровод сырого осадка и напорный трубопровод флокулянта соединены с устройством для разделения твердой и жидкой фаз. Бункер обезвоженного осадка, содержащий выгрузочный проем с установленным на нем перекрывающим устройством, отличающаяся тем, что выгрузочное окно для обезвоженного осадка устройства для разделения твердой и жидкой фаз установлено непосредственно над бункером обезвоженного осадка. Бункер сырого осадка снабжен датчиком наполнения, который связан с устройством, блокирующим подачу сырого осадка, например, вентилем с электромеханическим приводом, установленным на подающем трубопроводе сырого осадка в бункер сырого осадка.

6.

Дооснащение очистных сооружений блоками доочистки и безреагентного обеззараживания

 

Основная масса загрязнений органического происхождения, находящаяся во взвешенном состоянии, выделяется из сточной жидкости в отстойниках. На некоторых станциях перед отстойниками устраивают специальные сооружения – преаэраторы, в которых сточные воды кратковременно аэрируют, чтобы повысить эффект осветления в отстойниках. Отстойники можно заменять биокоагуляторами, в которых осуществляется кратковременная аэрация и отстаивание.

Дооснащение очистных сооружений блоками доочистки и безреагантного обеззараживания. Патент №2238247. Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано для очистки промышленных и бытовых сточных вод от широкого спектра растворенных и взвешенных органических соединений. Установка содержит систему подогрева, последовательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию отстаивания, разделенную перегородкой с образованием нижнего перелива на камеры первичного и тонкослойного отстаивания, разделенную перегородкой с образованием нижнего перелива на камеры первичного и тонкослойного отстаивания, секцию анаэробной обработки воды, секцию аэробной обработки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, включающую вторую камеру тонкослойного отстаивания. Секции анаэробной и аэробной обработки воды снабжены носителями для иммобилизации микроорганизмов. Эти секции также снабжены носителями (бионосителями в виде спиралей) для иммобилизированных микроорганизмов. Все секции выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, причем система подогрева установлена в камере первичного отстаивания. Система аэрации секции аэробной обработки воды выполнена в виде дисковых титановых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха. Для больших объемов, как альтернатива, сборная емкость – патент на полезную модель №60962 «Универсальная сборная ёмкость»,автор и патентообладатель Левин Е.В. .

7.

Бионоситель

 

В настоящее время используются несколько типов бионосителей. ББЗ-65, ББЗ-45 имеют фиксированную трубчато-сетчатую поверхность, что очень непрактично при транспортировке. При сборке имеются «мертвые» зоны, в которых при длительном использовании развиваются гнилостные микроорганизмы. Имеет фиксированную пористо-волокнистую поверхность, которая забивается грязью, илом и в дальнейшем обрастает водорослями. Бионоситель в виде «ерша» имеет «мертвую» зону в области скрепления проволоки и полимера. Возникает периодическая потребность в чистке ерша и проволоки от ржавчины. Повышает содержание железа в воде. Бионоситель типа «вий» в виде «бахромы» из объёмной синтетической нити свободен от недостатков «ерша», однако неудобен в эксплуатации из-за сложностей его закрепления, провисания и достаточно скорого «забивания» внутреннего объёма нити минерализованным осадком, полностью выводящим его из строя. Бионоситель сетчатого типа имеет крайне низкую эффективную площадь поверхности.

Патент №2369564 «Устройство для иммобилизации микроорганизмов при биологической очистке сточных вод», автор и патентообладатель Левин Е.В.)Устройство включает в себя насадку, выполненную из полимерного материала в виде винтовой спирали, причем полимерный материал принят из ряда материалов, обладающих пружинящими свойствами. Верхняя часть насадки прикреплена к верхнему блоку, имеющему среднюю удельную плотность меньше, чем у сточной воды, а нижняя часть насадки прикреплена непосредственно к дну водоема или к нижнему блоку, имеющему среднюю удельную плотность больше, чем у сточной воды. Изобретение позволяет увеличить удельную поверхность обрастания микроорганизмами без снижения эффективной циркуляции сточных вод, а также обеспечивает возможность учитывать изменение уровня сточных вод в емкости, где расположено устройство.