Патент № 2238247

Патент № 2238247

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, 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 им¬мобилизации микроорганизмов. Все секции выполнены в виде ряда гидравлически-сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, причем система подогрева установлена в камере первичного отстаивания, а камеры тонкослойного отстаивания снабжены насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин из полимерного материала со скользящей верхней поверхностью и ребрами жесткости на нижней поверхности. Параллельные наклонные пластины насадки установлены под углом не более 90° по отношению к пластинам другого ряда, а ребра жесткости на нижней поверхности пластин выполнены на расстоянии 100-150 мм. Днища секций отстаивания и доочистки выполнены с конусообразными углублениями. Система аэрации секции аэробной обработки воды выполнена в виде дисковых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха. Технический эффект - повышение эффективности очистки сточных вод при обеспечении малогабаритности, мобильности и универсальности установки. 

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использова¬но для очистки промышленных и бытовых сточ¬ных вод от широкого спектра растворенных и взвешенных органических соединений.
Известна установка биологической очист¬ки сточных вод, содержащая прямоугольный корпус в виде емкости, включающей первичный отстойник, аэротенк с носителем прикрепленной микрофлоры, снабженный аэрационной систе¬мой, вторичный отстойник, систему рециркуля¬ции активного ила и блок бактерицидной обра¬ботки очищенной воды (патент РФ №2094395, МПК 7 С 02 F 3/08, оп. 27.10.1997).
Недостатком известной установки является невысокая степень очистки, обусловленная от¬сутствием емкости для анаэробного сбражива¬ния сточных вод, при котором происходит дест¬рукция органических загрязнений до более про¬стых веществ, что упрощает усвоение их аэроб¬ными микроорганизмами в аэротенке. Кроме того, в первичном отстойнике осаждаются толь¬ко крупные взвешенные частицы, а мелкодис¬персные взвешенные вещества, остающиеся в стоках, осаждаются в аэротенке и заиливают носители прикрепленной микрофлоры, что так¬же снижает качество очистки.
Наиболее близкой к заявляемой по техни¬ческой сущности и достигаемому результату является установка микробиологической очист¬ки сточных вод, содержащая последовательно расположенные в корпусе секции анаэробной и аэробной обработки воды, выполненные в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегород¬ками и снабженных носителями для иммобили¬зации микроорганизмов в виде съемных кассет из синтетического материала, и блок доочистки, при этом секция анаэробной обработки воды снабжена системой подогрева сточной воды, секция аэробной обработки воды - системой аэрации в виде перфорированных труб, а блок доочистки выполнен в виде двух последова¬тельно соединенных биофильтров с фильтрую¬щими загрузками, в качестве которых первый биофильтр содержит песок, а второй - активи¬рованный уголь (Авт. св. СССР №1161481, МПК 7 С 02 F 3/00, оп. 1983 г.).
Недостатком известной установки является невысокая эффективность очистки сточных вод, обусловленная заиливанием носителей для иммобилизации микроорганизмов в результате осаждения взвешенных веществ. Заиливание носителей вызывает снижение концентрации биомассы на единицу объема, что приводит к снижению степени деструкции загрязняющих воду компонентов. Эффективность деструкции загрязнителей снижается также вследствие не¬удовлетворительной работы аэрирующей систе¬мы, подающей воздух в воду крупными пузырь¬ками, что не обеспечивает достаточное количе¬ство растворенного кислорода в очищаемой во¬де и, таким образом, оптимальных условий для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод при обеспечении малогабаритности, мобильно¬сти и универсальности установки. Поставленная задача в заявляемой уста¬новке микробиологической очистки сточных вод, включающей систему подогрева, последо¬вательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию анаэробной об¬работки воды, секцию аэробной обработки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, которые выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, причем секции анаэробной и аэробной обработки воды снабже¬ны носителями для иммобилизации микроорга¬низмов, решается за счет того, что в корпусе перед секцией анаэробной обработки воды рас¬положена секция отстаивания, разделенная пе¬регородкой с образованием нижнего перелива на гидравлически сообщающиеся камеры пер¬вичного и тонкослойного отстаивания, секция доочистки включает вторую камеру тонкослой¬ного отстаивания, при этом днища обеих секций выполнены с конусообразными углублениями, камеры тонкослойного отстаивания снабжены насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин из полимерного материала со скользящей верхней поверхностью и ребрами жестко¬сти на нижней поверхности, а система подогре¬ва установлена в камере первичного отстаива¬ния. Другими отличиями заявляемой установки микробиологической очистки сточных вод явля¬ется то, что параллельные наклонные пластины насадки камер тонкослойного отстаивания уста¬новлены под углом не более 90° по отношению к пластинам другого ряда, а ребра жесткости на нижней поверхности пластин выполнены на расстоянии 100-150 мм. При этом система аэра¬ции секции аэробной обработки воды выполне¬на в виде дисковых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха.
Технический результат, получаемый за счет наличия в установке секции отстаивания, выполненной в виде смежных камер первичного и тонкослойного отстаивания и расположенной перед секцией анаэробной обработки, состоит в обеспечении возможности осаждения как круп¬ных (в камере первичного отстаивания), так и мелкодисперсных (в камере тонкослойного от¬стаивания) взвешенных веществ до степени глубокого осветления поступающей на очистку сточной воды.
Такая высокая степень очистки воды от взвешенных веществ на относительно малой площади секции отстаивания достигается благо¬даря форме насадки и наличию нижнего перели¬ва, обеспечивающего восходящий вертикальный поток воды в камере тонкослойного отстаива¬ния. Ребра жесткости, выполненные на нижней поверхности наклонных пластин насадки, спо¬собствуют торможению, "расслоению" потока и более быстрому осаждению твердой фазы на нижележащую наклонную пластину, скользящая верхняя поверхность которой обеспечивает бес¬препятственное стекание осадка в конусообраз¬ное углубление днища. При этом форма выпол¬нения днища секции отстаивания обеспечивает своевременное удаление осадка из зоны очист¬ки. Поступление на последующие этапы очист¬ки осветленной воды предотвращает заиливание носителей для иммобилизации микроорганиз¬мов в секциях анаэробной и аэробной обработки и способствует достижению высокой степени деструкции растворенной органики.
Технический результат, получаемый за счет установки системы подогрева в камере первичного отстаивания, обеспечивает условия для жизнедеятельности микроорганизмов уже в секции отстаивания, что позволяет начать про¬цесс анаэробной обработки воды до ее поступ¬ления в секцию анаэробной обработки в камере тонкослойного отстаивания. Совмещение про¬цессов осаждения взвешенных веществ и дест¬рукции растворенных органических загрязнений с помощью анаэробных микроорганизмов в ка¬мере тонкослойного отстаивания обеспечивает компактность установки при высокой эффек¬тивности очистки.
Технический результат, получаемый за счет наличия камеры тонкослойного отстаива¬ния с насадкой в виде рядов параллельных на¬клонных пластин в секции доочистки воды, со¬стоит в интенсификации процесса осаждении иловых частиц, выносимых с предыдущих стадий очистки, при этом форма днища секции до¬очистки обеспечивает удаление осадка из зоны очистки.
Технический результат, получаемый за счет угла расположения наклонных пластин на¬садки камер тонкослойного отстаивания и рас¬стояния между ребрами жесткости на нижней поверхности пластин, состоит в создании опти¬мальных условий для интенсивного осаждения взвешенных веществ, что позволяет в малом объеме камер тонкослойного отстаивания доби¬ваться высокой степени очистки воды от взве¬шенных веществ.
Технический результат, получаемый вследствие выполнения системы аэрации секции аэробной обработки воды в виде дисковых аэра¬торов, установленных на воздуховодах, соеди¬ненных с источником сжатого воздуха, состоит в обеспечении мелкопузырчатой аэрации: раз¬мер пузырьков воздуха составляет 100 мкм, что увеличивает насыщение воды кислородом, необходимым для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Это интенсифицирует про¬цесс деструкции загрязнений в секции аэробной обработки воды, исключает появление застой¬ных зон, где могут сформироваться условия для гнилостных процессов.
Известно техническое решение, согласно которому первым в корпусе установки очистки сточной воды расположен первичный отстойник (патент РФ №2094395). В данном техническом решении отстойник выполняет только свойст¬венную ему функцию - отделение взвешенных веществ.
В отличие от известного технического ре¬шения в заявляемом изобретении признак раз¬мещения в корпусе первой по ходу воды секции отстаивания в совокупности с признаками ее конструктивного выполнения обеспечивает не только усиление известного эффекта (более ин¬тенсивное по сравнению с известным техниче¬ским решением осаждение взвешенных веществ, позволяющее очищать воду до степени ее глу¬бокого осветления), но и новый технический результат - начало процесса анаэробной дест¬рукции загрязнений уже в секции отстаивания (в основном в камере тонкослойного отстаивания) до попадания воды в секцию анаэробной обра¬ботки, таким образом, камера тонкослойного отстаивания данной секции приобретает несвой¬ственную ей функцию анаэробного реактора. Совмещение процессов отстаивания и анаэроб¬ной обработки интенсифицирует весь процесс очистки воды, т.к. приводит к увеличению про¬должительности стадии анаэробного сбраживания и, таким образом, к более полному разложе¬нию органики до простых и легко усваиваемых аэробными микроорганизмами веществ. Это позволяет уменьшить объем секции аэробной обработки и, несмотря на увеличение количества секций, не увеличивать габариты установки.
Известна система аэрации, состоящая из соединенных отрезков воздуховодов с дисковы¬ми аэраторами (Попкович Г.С., Репин Б.Н. Сис¬темы аэрации сточных вод. М.: Стройиздат, 1986 г., с. 47).
В предлагаемом техническом решении дисковые аэраторы применены по своему из¬вестному назначению с достижением ожидаемо¬го результата.
Таким образом, предлагаемое техническое решение представляет собой совокупность но¬вых и известных признаков, причем известные признаки применены как по свойственному им назначению с известным или усиленным ре¬зультатом, так и дают в совокупности с другими признаками новый технический результат, про¬являя новые, несвойственные им функции. Это позволяет сделать вывод о соответствии заяв¬ляемого изобретения критерию "изобретатель¬ский уровень".
На чертеже представлен общий вид уста¬новки микробиологической очистки сточных вод.
Установка содержит теплоизолированный корпус 1 с входным патрубком 2 и камерой 3 гашения скоростного напора. В корпусе после¬довательно расположены по ходу движения сточной воды секция отстаивания в виде смеж¬ных камер 4 и 5 первичного и тонкослойного отстаивания соответственно с образованием нижнего перелива, обеспечивающего верти¬кальный восходящий поток в камере 5 тонкос¬лойного отстаивания. В боковой стенке камеры 4 первичного отстаивания смонтирована систе¬ма 6 подогрева сточной воды. Далее расположе¬на секция 7 анаэробной обработки воды, секция 8 аэробной обработки воды с системой аэрации в виде сообщенных с источником сжатого воз¬духа (на чертеже не показан) воздуховодов 9 с установленными на них дисковыми аэраторами 10, в качестве которых могут быть использова¬ны пластинчатые мелкопузырчатые керамиче¬ские, резиновые и другие дисковые аэраторы. Секции 7 и 8 анаэробной и аэробной обработки воды выполнены в виде ряда гидравлически со¬общающихся смежных камер, разделенных вер¬тикальными перегородками 11 с образованием поочередно верхнего и нижнего переливов, обеспечивающих в камерах вертикальные пото¬ки с поочередно изменяющимся направлением. В камерах 7 и 8 анаэробной и аэробной обра¬ботки воды установлены носители 12, например, из объемного пористого материала с развитой поверхностью для иммобилизации микроорга¬низмов. Далее по ходу движения воды располо¬жена секция доочистки воды (для очистки от выносимых из предыдущих камер иловых час¬тиц), которая может быть выполнена, например, в виде смежных камер 13 и 14 тонкослойного отстаивания и фильтрации соответственно. Сек¬ция доочистки может иметь другое конструк¬тивное выполнение при обязательном наличии камеры тонкослойного отстаивания с насадкой и обеспечении в ней вертикального восходящего потока очищаемой сточной воды. Днища 15 секций отстаивания и доочистки имеют конусо¬образные углубления. Камеры 5 и 13 тонкос¬лойного отстаивания снабжены насадками 16 в виде рядов параллельных наклонных пластин со скользящей верхней поверхностью, располо¬женных под углом не более 90° по отношению к пластинам другого ряда. На нижней поверхно¬сти пластин выполнены ребра 17 жесткости на расстоянии 120-150 мм. Камера тонкослойного отстаивания секции доочистки оборудована сис¬темой 18 рециркуляции ила. Секция доочистки имеет патрубок 19 для отвода очищенной воды.
Установка работает следующим образом.
Сточная вода поступает через входной патрубок 2 корпуса 1 в камеру 3 гашения скоро¬стного потока, где происходит снижение и вы¬равнивание скорости потока, изменение направ¬ления его движения и первичное отделение наи¬более крупных и тяжелых взвешенных веществ. Далее вода поступает в камеру 4 первичного отстаивания для осаждения более крупных взвешенных веществ. Сточная вода, нагретая в камере 4 первичного отстаивания с помощью системы 6 подогрева до необходимой темпера¬туры, обеспечивающей оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, через нижний перелив поступает в камеру 5 тонкос¬лойного отстаивания для глубокого осветления воды. Скорость проходящего между пластинами насадки 16 восходящего потока сточной воды резко падает в результате столкновения с реб¬рами 17 жесткости, выполненными на нижней поверхности пластин, в результате чего проис¬ходит "расслоение" потока и интенсивное осаж¬дение взвешенных веществ на верхней скользя¬щей поверхности нижележащих пластин, при этом благодаря наклонному положению пластин осадок стекает в конусообразное углубление днища. На верхних пластинах насадки 16 оседают самые тонкие взвешенные вещества. Од¬новременно в камере 5 тонкослойного отстаива¬ния, где обеспечены оптимальные температур¬ные и другие условия для содержащихся в сточ¬ных водах анаэробных микроорганизмов (дрожжей, микроскопических грибов, сульфатредуцирующих и гнилостных бактерий), начи¬нается процесс сбраживания растворенной ор¬ганики и ее частичная деструкция до более про¬стых соединений (аминокислот, фосфор- и азот¬содержащих соединений). Основные процессы деструкции органических веществ происходят в секциях 7 и 8 анаэробной и аэробной обработки воды с помощью свободноплавающих и иммо¬билизованных на носителях форм микроорга¬низмов - деструкторов конкретных видов за¬грязнений. Осветленная вода с частично разло¬жившейся органикой из камеры тонкослойного отстаивания поступает через верхний перелив в первую камеру секции 7 анаэробной обработки воды с иммобилизованными на носителях 12 анаэробными микроорганизмами - деструктора¬ми конкретных загрязняющих веществ, содер¬жащихся в очищаемых стоках, где происходит более полное разложение растворенной органи¬ки до более простых веществ. После последова¬тельного прохождения сточной воды через ка¬меры секции 7 анаэробной обработки осветлен¬ная сточная вода с разложившейся органикой поступает в секцию 8 аэробной обработки, где происходит окончательное разложение органи¬ческих веществ (окислительно - восстановительный процесс), в частности, де¬нитрифицирующие микроорганизмы свободно¬плавающих и иммобилизованных на носителях форм разлагают азотистые соединения до нит¬ратов и нитритов. При этом из-за отсутствия взвешенных веществ создаются благоприятные условия для биоценоза активного ила (отсутст¬вия заиливания, застойных зон). В камеры сек¬ции 8 аэробной обработки через воздуховоды 9 и мелкопузырчатые дисковые аэраторы 10 от источника сжатого воздуха поступает воздух в виде мельчайших пузырьков размером до 100 мкм, что необходимо для обеспечения жизне¬деятельности аэробных микроорганизмов и уда¬ления газообразных продуктов распада. Корпус 1 имеет теплоизоляцию, что позволяет поддер¬живать постоянную температуру воды во всех камерах установки. В установке формируется трофическая цепочка, представленная биоцено¬зом микроорганизмов, завершающим звеном которой являются хищные формы. В секции 8 аэробной обработки в последней фазе очистки происходит полная минерализация активного ила, в результате чего он становится неспособ¬ным к загниванию, т.е. приобретает стабильные свойства. После секции 8 аэробной обработки очищенная вода поступает в камеру 13 тонкос¬лойного отстаивания секции доочистки, где происходит осаждение иловых частиц в конусо¬образное углубление днища, откуда посредст¬вом эрлифта производится подача ила на рецир¬куляцию (система 18 рециркуляции ила). За¬вершение процесса очистки происходит в каме¬ре 14 фильтрации. Очищенную воду отводят через патрубок 19. Проводили лабораторные испытания каме¬ры тонкослойного отстаивания с насадкой с це¬лью определения оптимальных угла наклона пластин и расстояния между ребрами жесткости на их нижней поверхности. Испытания показа¬ли, что увеличение угла наклона пластин (боль¬ше 45° и больше 90° по отношению к пластинам другого ряда) снижает скорость стекания осе¬дающего на верхней поверхности пластины осадка, а уменьшение расстояния между пла¬стинами до величины, меньшей 100 мм или уве¬личение его до величины, большей 150 мм, при¬водит к снижению интенсивности осаждения взвешенных веществ.
Изготовлены и прошли испытания опытно - промышленные образцы установки производи¬тельностью от 20 до 100 м3/сут. (возможно уве¬личение производительности установки до тре¬буемых величии). Размер установок при этом составил от 2x6x2 м до 2,2x12x2,4 м. Установки были доставлены на место испытаний в полно¬стью собранном виде.
В установки подавали хозфекальные сточ¬ные воды, а также сточную воду производства по переработке газа. Установки работали круг¬лосуточно. Расход воздуха составлял 2,0-2,5 м3 на м3 стоков в час, потребляемая мощность - 15- 75 кВт. Установки устойчиво работали при ко¬лебаниях расхода воды от 15 до 150%, быстро восстанавливали работоспособность после дли¬тельных перерывов в подаче воздуха - до 2-3 суток. При работе не требовалось постоянное присутствие персонала.
Результаты испытаний приведены в таблице. 
 

Компонентный состав Концентрация, мг/л
до очистки после очистки
рН, ед. 5.5-9,5 7-7.5
ХПК, мг О2/л 900 - 2000 10-15
БПК5, мг O2/л 50 - 1200 3-5
Взвешенные вещества 110-400 1.8-5
Нитраты 0,2-10 0,8-4,2
Фосфаты 3-22 0.4 - 4,8
Нефтепродукты 5-20 0.05-0,3
ПАВ 2-10 следы>

Эффективность очистки составила 98-99,8%. Очищенная вода соответствовала требо¬ваниям, предъявляемым к сточным водам для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначе¬ния или для использования в системах оборот¬ного водоснабжения.
Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает осуществление полного цикла очистки сточных вод с различными видами за¬грязнений с высокой степенью, является ком¬пактной, мобильной, удобной и устойчивой в эксплуатации.

 

Формула изобретения 

 

1. Установка микробиологической очистки сточных вод, включающая систему подогрева, последовательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию анаэроб¬ной обработки воды, секцию аэробной обработ¬ки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, которые выполнены в виде ряда гидрав¬лически сообщающихся смежных камер, разде¬ленных вертикальными перегородками, причем секции анаэробной и аэробной обработки воды снабжены носителями для иммобилизации мик¬роорганизмов, отличающаяся тем, что в кор¬пусе перед секцией анаэробной обработки воды расположена секция отстаивания, разделенная перегородкой с образованием нижнего перелива на гидравлически сообщающиеся камеры пер¬вичного и тонкослойного отстаивания, секция доочистки воды включает вторую камеру тон¬кослойного отстаивания, при этом днища обеих секций выполнены с конусообразными углубле¬ниями, камеры тонкослойного отстаивания снабжены насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин из полимерного материала со скользящей верхней поверхностью и ребрами жесткости на нижней поверхности, а система подогрева установлена в камере первичного от¬стаивания.
2. Установка микробиологической очистки сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что параллельные наклонные пластины насадки ка¬мер тонкослойного отстаивания установлены под углом не более 90° по отношению к пласти¬нам другого ряда, а ребра жесткости на нижней поверхности пластин выполнены на расстоянии 100-150 мм.
3. Установка микробиологической очистки сточных вод по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система аэрации секции аэробной обработки воды выполнена в виде дисковых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха.