RU2042647C1

RU2042647C1 - Method for homogenization of sewage in receiving reservoirs of sewage works

Info

Publication number: RU2042647C1
Application number: RU93018328A
Authority: RU
Inventors: А.С. Астапенков; С.П. Елисеев; В.Е. Морковников; Н.В. Морозов; Б.Г. Назаров; Р.А. Разяпов
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Экотехпроект", ЛТД; Научно-производственное объединение "МАЕМ"
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: sewage treatment. SUBSTANCE: sewage is homogenized and sediment is removed from receiving reservoirs by a pulsating mixing device operated by compressed air at a working pressure of 1.1-2.0 of the hydrostatic pressure in the reservoir at a submersion depth of the device and a frequency of hydraulic pulse equal to 0,1 - 10,0 min^-1. Simultaneously with hydraulic mixing, the materials are mixed by air pulses generated by a pulsating mixing device at a relation of the duration of hydraulic and pneumatic pulses varying from 1: 0.5 to 1:2. EFFECT: effective homogenization of sewage and removal of sediments from receiving reservoirs and considerable reduction of capital, operating and power expenditures. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам обработки сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях крупных свиноводческих комплексов. The invention relates to methods for wastewater treatment and can be used in wastewater treatment plants of large pig-breeding complexes.

В системах очистных сооружений стадиям механической и биологической очистки обычно предшествует накопление и усреднение стоков, необходимое для устойчивой работы очистных сооружений и осуществляемое в крупных приемных резервуарах (на крупных свиноводческих комплексах их емкость составляет 500-2500 м³). Гомогенизация стоков в таких объемах представляет сложную задачу и обычно сопряжена с большими энергозатратами. Кроме того, на дне приемных резервуаров нередко скапливаются иловые отложения из грубодисперсных механических примесей сточных вод. Если не предпринимать мер по удалению иловых отложений, возможно полное "зарастание" резервуара, в результате чего он не будет выполнять своего назначения. Кроме того, удалить образовавшийся и слежавшийся осадок чрезвычайно сложно и порой небезопасно для обслуживающего персонала.In systems of treatment facilities, the stages of mechanical and biological treatment are usually preceded by the accumulation and averaging of wastewater, necessary for the stable operation of treatment plants and carried out in large receiving tanks (in large pig-breeding complexes, their capacity is 500-2500 m ³ ). Homogenization of effluents in such volumes is a difficult task and is usually associated with high energy consumption. In addition, silt deposits from coarse dispersed mechanical impurities of wastewater often accumulate at the bottom of receiving tanks. If you do not take measures to remove sludge, it is possible that the reservoir will completely “overgrow”, as a result of which it will not fulfill its purpose. In addition, it is extremely difficult and sometimes unsafe to remove the formed and packed sediment.

Известны механический, пневматический и гидравлический способы гомогенизации стоков в приемных резервуарах [1] В первом случае гомогенизация осуществляется путем перемешивания с помощью различных механических мешалок. Второй способ имеет две разновидности перемешивание барботажем и эрлифтами. Оба способа характеризуются высокой энергоемкостью, а пневматический способ также и большими капитальными затратами и недостаточной эффективностью, что особенно касается функции удаления отложений. Known mechanical, pneumatic and hydraulic methods for the homogenization of wastewater in receiving tanks [1] In the first case, the homogenization is carried out by mixing using various mechanical mixers. The second method has two varieties of mixing with bubbling and airlifts. Both methods are characterized by high energy intensity, and the pneumatic method also has high capital costs and insufficient efficiency, which is especially true for the function of removing deposits.

Гидравлический способ гомогенизации стоков осуществляется путем перекачивания содержимого резервуара погружными центробежными насосами [2] Например, для перекачки стоков животноводческих и свиноводческих комплексов в приемных резервуарах емкостью 500 м³ рекомендуются перекачивающие насосы НЖН 200 [2] с установленной мощностью 22-55 кВт и производительностью 200 м³/ч. Этот способ обеспечивает достаточно эффективное перемешивание стоков и усреднение их состава, но только при полном заполнении резервуара.The hydraulic method of wastewater homogenization is carried out by pumping the contents of the tank with submersible centrifugal pumps [2] For example, pumping pumps NZHN 200 [2] with an installed capacity of 22-55 kW and a capacity of 200 m are recommended for pumping the wastes of livestock and pig breeding complexes in receiving tanks with a capacity of 500 m ³ ³ / h This method provides a fairly effective mixing of effluents and averaging their composition, but only when the tank is completely filled.

Недостатками способа являются высокая энергоемкость; достаточно частое засорение перекачивающей системы и выход из строя насосов вследствие попадания в них из стоков крупных инородных включений; низкая эффективность удаления отложений; необходимость постоянного присутствия обслуживающего персонала. The disadvantages of the method are the high energy intensity; sufficiently frequent clogging of the pumping system and failure of the pumps due to the ingress of large foreign inclusions from them; low efficiency of removal of deposits; the need for the constant presence of staff.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ [3] в котором предложено установить в резервуар три центробежных моноблочных фекальных насоса погружного типа ЦМФ 160/10 (два перекачивающих, один отсасывающий) вместо двух насосов НЖН 200. При этом, если последние размещали примерно на середине высоты резервуара с необходимостью регулирования их высоты в зависимости от уровня стоков в резервуаре, то насосы ЦМФ N 160/10 предложено размещать на дне емкости без анкеровки. Такое размещение насосов улучшает перемешивание стоков и способствует предотвращению образования твердого осадочного слоя на дне резервуара. The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is the method [3] in which it is proposed to install three centrifugal monoblock single-piece fecal submersible pumps TsMF 160/10 in the tank (two pumping, one suction) instead of two NZhN 200 pumps. Since they were placed approximately in the middle of the tank height with the need to control their height depending on the level of effluents in the tank, it was proposed that CMF N 160/10 pumps be placed at the bottom of the tank without anchoring. This arrangement of the pumps improves the effluent mixing and helps to prevent the formation of a solid sedimentary layer at the bottom of the tank.

Однако этот способ обладает достаточно высокой энергоемкостью. Кроме того, эффективность способа подтверждается лишь в сравнительно небольших резервуарах. В таких же крупногабаритных приемных резервуарах, какие используются на очистных сооружениях крупных свиноводческих комплексов, эффективность способа недостаточна как с точки зрения гомогенизации стоков, так и в отношении предотвращения иловых отложений. Низкий напор насосов ЦМФ 160/10 (всего 10 м) не позволяет обеспечить необходимую скорость движения всего объема содержимого резервуара и интенсивное его перемешивание, даже при резком увеличении количества устанавливаемых насосов. В результате концентрация стоков, подаваемых из такого резервуара в технологическую цепочку очистки, может существенно колебаться в течение суток (по содержанию взвешенных веществ, например, в 2-3 раза), что является причиной нестабильности работы очистных сооружений. Эксплуатация низконапорных погружных насосов типа ЦМФ 160/10 также требует использования охлаждающей воды питьевого качества с расходом 1,0-1,2 м³/ч на каждый насос. Способ не обеспечивает отсутствия иловых отложений в резервуаре. В застойных зонах резервуара под углом естественного откоса (≈60^о) формируется осадок, который в конце концов может заполнить до трети объема резервуара.However, this method has a sufficiently high energy intensity. In addition, the effectiveness of the method is confirmed only in relatively small tanks. In the same large-sized receiving tanks, which are used at the treatment facilities of large pig-breeding complexes, the efficiency of the method is insufficient both from the point of view of the homogenization of wastewater and in relation to the prevention of silt deposits. The low pressure of the TsMF 160/10 pumps (only 10 m) does not allow to provide the necessary speed of the entire volume of the tank contents and intensive mixing, even with a sharp increase in the number of installed pumps. As a result, the concentration of effluents supplied from such a reservoir to the purification process chain can fluctuate significantly during the day (by the content of suspended solids, for example, by 2–3 times), which is the cause of the instability of the treatment facilities. Operation of low-pressure submersible pumps of type ЦМФ 160/10 also requires the use of drinking-quality cooling water with a flow rate of 1.0-1.2 m ³ / h for each pump. The method does not ensure the absence of silt deposits in the tank. The reservoir stagnant zones at an angle of repose (≈60 ^o) precipitate is formed, which can eventually fill up to a third of the tank volume.

Следует отметить еще ряд недостатков этого способа: во-первых, при перекачке насосами такой агрессивной среды, какой являются сточные воды, происходит частая разгерметизация кабельного ввода в корпусе насоса и выход из строя электродвигателей, причем стоимость ремонта насоса часто превышает его первоначальную стоимость; во-вторых, осуществление способа связано со сравнительно высокими капитальными и эксплуатационными расходами, а насосы в процессе их эксплуатации требуют постоянного наблюдения обслуживающего персонала. A number of drawbacks of this method should be noted: firstly, when pumps pump such an aggressive environment as wastewater, the cable entry in the pump casing is often depressurized and the motors fail, and the cost of repairing the pump often exceeds its initial cost; secondly, the implementation of the method is associated with relatively high capital and operating costs, and pumps in the process of their operation require constant monitoring by maintenance personnel.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение гомогенизации сточных вод и удаления иловых отложений в приемных резервуарах очистных сооружений при одновременном снижении капитальных, энергетических и эксплуатационных затрат. The objective of the invention is to ensure homogenization of wastewater and the removal of silt deposits in the receiving tanks of treatment facilities while reducing capital, energy and operating costs.

Для этого в предлагаемом способе гомогенизация стоков и удаление отложений иловых осадков осуществляются путем периодического всасывания в корпус погруженного в резервуар пульсационного перемешивающего устройства (ППУ) определенного объема стоков и последующего его истечения под действием импульса сжатого воздуха обратно в резервуар. Образующаяся при этом струя (скорость на выходе из сопла 3 м/с), направленная на донный осадок, размывает его и, кроме того, вызывая циркуляцию стоков в резервуаре (объемная скорость 0,25-0,32 ч^-1), обеспечивает их гомогенизацию. Частота импульсов составляет 0,5-10 мин^-1 и зависит от ряда факторов, включая емкость резервуара и количество установленных элементов. Приведенные параметры импульсов обеспечиваются давлением в воздушной сети, равным 1,1-2,0 от гидростатического давления столба жидких стоков в резервуаре на глубине погружения сопла ППУ. Практически это давление составляет 0,4-0,6 ати, что соответствует рабочему давлению в воздушной сети, обслуживающей аэротенки.To do this, in the proposed method, the homogenization of wastewater and the removal of sediment of sludge is carried out by periodically sucking into the casing of a pulsating mixing device (PUF) immersed in the tank of a certain amount of wastewater and its subsequent outflow under the influence of a compressed air pulse back into the tank. The jet formed in this case (the velocity at the exit of the nozzle is 3 m / s), directed to the bottom sediment, erodes it and, in addition, causing the circulation of wastewater in the reservoir (bulk velocity 0.25-0.32 h ^-1 ), provides them homogenization. The pulse frequency is 0.5-10 min ^-1 and depends on a number of factors, including the capacity of the tank and the number of installed elements. The given parameters of the pulses are provided by the pressure in the air network equal to 1.1-2.0 of the hydrostatic pressure of the column of liquid effluents in the tank at a depth of immersion of the foam nozzle. In practice, this pressure is 0.4-0.6 ati, which corresponds to the working pressure in the air network serving the aeration tanks.

Для обеспечения предварительного насыщения стоков кислородом, что позволит повысить эффективность последующей аэробной биоочистки стоков, вслед за импульсом из жидких стоков, извергаемых из сопла ППУ, в резервуар подается также воздушный импульс с временным соотношением импульсов от 1:0,5 до 1:2. To ensure pre-saturation of wastewater with oxygen, which will improve the efficiency of subsequent aerobic bio-treatment of wastewater, following an impulse from liquid effluents discharged from the PPU nozzle, an air impulse with a temporary pulse ratio of 1: 0.5 to 1: 2 is also fed into the tank.

На чертеже представлена принципиальная схема работы ППУ в приемном резервуаре. The drawing shows a schematic diagram of the operation of the PPU in the receiving tank.

На стадии всасывания стоки поступают в корпус 1 устройства через сопло 2 под действием гидростатического давления столба жидкости в резервуаре. При этом воздух, имеющийся над всасываемыми стоками, стравливается в атмосферу через открытый клапан Б. Клапан А на этой стадии закрыт. На стадии истечения клапан Б перекрывается, открывается клапан А. Сжатый воздух, находящийся в верхней части корпуса 3, выполняющей функции ресивера, попадает через открытый клапан А в нижнюю (рабочую) часть корпуса и, выполняя роль газового поршня, выдавливает порцию стоков через сопло, направляющее гидравлический импульс в сторону донного осадка 4 обычно под углом 40-50^о. Гидравлический импульс завершается пневматическим импульсом. Выдавливаемый через сопло воздушный объем барботирует через резервуар, насыщая стоки кислородом и создавая дополнительный перемешивающий эффект.At the suction stage, the effluent enters the housing 1 of the device through the nozzle 2 under the action of hydrostatic pressure of a liquid column in the tank. In this case, the air above the suction wastewater is vented to the atmosphere through open valve B. Valve A is closed at this stage. At the expiration stage, valve B is closed, valve A. opens. Compressed air located in the upper part of the housing 3, which acts as a receiver, enters through the open valve A into the lower (working) part of the housing and, acting as a gas piston, squeezes a portion of the effluent through the nozzle, directing a hydraulic impulse towards the bottom sediment 4 is usually at an angle of 40-50 ^about . The hydraulic impulse ends with a pneumatic impulse. The air volume squeezed out through the nozzle sparges through the reservoir, saturating the drains with oxygen and creating an additional mixing effect.

Предлагаемый способ гомогенизации характеризуется сравнительно невысокой энергоемкостью (в 5-10 раз ниже, чем в способе-прототипе), поскольку ППУ могут использовать технологический воздух очистных сооружений с давлением 0,4-0,6 ати. Помимо этого, энергосбережение обеспечивается отсутствием потребности ППУ в водяном охлаждении. The proposed method of homogenization is characterized by a relatively low energy intensity (5-10 times lower than in the prototype method), since PPU can use the process air of treatment plants with a pressure of 0.4-0.6 bar. In addition, energy saving is ensured by the absence of the need for PPU in water cooling.

Предлагаемый способ обеспечивает эффективную гомогенизацию и надежное усреднение стоков по концентрации взвешенных веществ и тем самым создает условия для стабильной работы всей технологической цепочки очистных сооружений. Способ полностью устраняет возможность образования донных осадков в резервуаре и обеспечивает их эффективное удаление, если они отложились ранее, причем по эффективности удаления он превосходит все остальные известные способы. Предлагаемая цикличность импульсов (0,5-10 мин^-1) дает возможность получить необходимое заполнение пульсационной камеры (нижней части корпуса) стоками и последующий достаточно мощный импульс, требуемый для размыва осадка. Пользуясь предлагаемым способом, можно размыть даже слежавшийся осадок, вплоть до полностью "заросших" осадками резервуаров.The proposed method provides effective homogenization and reliable averaging of wastewater over the concentration of suspended solids and thereby creates the conditions for stable operation of the entire technological chain of treatment facilities. The method completely eliminates the possibility of formation of bottom sediments in the tank and ensures their effective removal if they are deposited earlier, and in terms of removal efficiency, it surpasses all other known methods. The proposed pulse cycle (0.5-10 min ^-1 ) makes it possible to obtain the necessary filling of the pulsation chamber (lower part of the housing) with drains and the subsequent sufficiently powerful pulse required for erosion of the sediment. Using the proposed method, it is possible to erode even caked sediment, up to completely "overgrown" sediment tanks.

Важным преимуществом предлагаемого способа является его простота и надежность, которые обусловлены простотой конструкции ППУ и отсутствием в них движущихся и вращающихся частей. Благодаря этому, существенно упрощается их обслуживание, значительно увеличивается межремонтный период. An important advantage of the proposed method is its simplicity and reliability, which are due to the simplicity of the design of the PUF and the lack of moving and rotating parts. Due to this, their maintenance is greatly simplified, the overhaul period is significantly increased.

Для эффективной работы в резервуар помещают целую серию элементов ППУ, располагая их таким образом, чтобы зона действия каждого из них в совокупности перекрывала всю площадь днища резервуара. Очередность включения элементов задается по специальной программе, обеспечивающей последовательное их воздействие, например, по принципу "бегущей волны". For efficient operation, a series of PPU elements are placed in the tank, positioning them so that the range of each of them together covers the entire area of the bottom of the tank. The order of inclusion of elements is set according to a special program that ensures their sequential effect, for example, according to the principle of "traveling wave".

Среди преимуществ предлагаемого способа следует отметить еще значительно меньшие по сравнению с известным способом капитальные затраты на аппаратурное оформление. Among the advantages of the proposed method, it should be noted that capital costs for hardware design are still significantly lower compared to the known method.

П р и м е р. Пульсационное перемешивающее устройство установлено в приемном резервуаре емкостью 1200 м³ свиноводческого комплекса мощностью 1,8 тыс. голов. Пропускная способность резервуара 3000 м³/сут. В резервуаре размещено 12 элементов ППУ с импульсным объемом по 1 м³. Все элементы подключены к единой воздушной сети, обслуживающей аэротенки биоочистки с рабочим давлением 0,42-0,55 ати. Цикличность импульсов 1 мин^-1, временное соотношение гидравлического и пневматического импульсов 1:1. Мощность, расходуемая на работу элементов ППУ, не превышает 10 кВт и фактически перекрывается резервной мощностью турбовоздуходувок, обслуживающих аэротенки. Система управления ППУ (работа клапанов) потребляет 2,2 кВт мощности. Учитывая, что потребляемая мощность на гомогенизацию стоков по способу-прототипу составила бы 65-70 кВт, предлагаемый способ обеспечивает более чем пятикратное снижение энергозатрат. Если же принять во внимание, что для перемешивания по предлагаемому способу не потребовалось введения дополнительных мощностей, за исключением 2,2 кВт, потребляемых системой управления, а также отсутствие потребности перемешивающих устройств в водном охлаждении, то энергосбережение на операции перемешивания по сравнению со способом-прототипом составляет более 95%
Ввиду цикличности подачи стоков в резервуар, связанной с периодическим гидросмывом стоков (в приводимом примере гидросмыв включается дважды в сутки с 9 до 11 ч и с 13 до 15 ч), объем и состав сточных вод, подаваемых в резервуар в течение суток, существенно колеблется. В приведенной ниже таблице представлены параметры стоков, поступающих в приемный резервуар в процессе гидросмыва и при его отсутствии, а также параметры гомогенизированных в резервуаре стоков на выходе из резервуара для способа-прототипа и для предлагаемого способа.PRI me R. A pulsating mixing device is installed in a receiving tank with a capacity of 1200 m ^{3 of a} pig-breeding complex with a capacity of 1.8 thousand heads. The capacity of the tank is 3000 m ³ / day. The tank contains 12 PPU elements with a pulse volume of 1 m ³ . All elements are connected to a single air network serving aeration biotreatment aeration tanks with a working pressure of 0.42-0.55 ati. The pulse cycle is 1 min ^-1 , the time ratio of hydraulic and pneumatic pulses is 1: 1. The power spent on the operation of the PPU elements does not exceed 10 kW and is actually blocked by the reserve power of the turbo blowers serving the aeration tanks. The control system PPU (valve operation) consumes 2.2 kW of power. Given that the power consumption for homogenization of effluents by the prototype method would be 65-70 kW, the proposed method provides more than five-fold reduction in energy costs. If we take into account that for mixing according to the proposed method it was not necessary to introduce additional capacities, with the exception of 2.2 kW consumed by the control system, as well as the absence of the need for mixing devices in water cooling, then the energy saving for mixing operations is compared with the prototype method is over 95%
Due to the cyclical nature of the supply of wastewater to the tank associated with periodic water washes (in this example, the water washes twice a day from 9 to 11 hours and from 13 to 15 hours), the volume and composition of wastewater supplied to the tank during the day varies significantly. The table below shows the parameters of wastewater entering the receiving tank during and without water washing, as well as the parameters of the wastewater homogenized in the tank at the outlet of the tank for the prototype method and for the proposed method.

Длительная эксплуатация резервуара с перемешиванием по предлагаемому способу (около 1,5 лет) показала эффективность его работы в течение всего периода без ремонта и при отсутствии постоянного наблюдения обслуживающего персонала. Система перемешивания обеспечивала стабильный состав стоков, подаваемых из резервуара в технологическую цепочку очистки и полный размыв имеющихся в резервуаре исходных отложений, а также их отсутствие в процессе дальнейшей эксплуатации, включая зоны, расположенные в углах резервуара. Long-term operation of the tank with mixing according to the proposed method (about 1.5 years) showed the effectiveness of its operation during the entire period without repair and in the absence of constant monitoring of maintenance personnel. The mixing system ensured a stable composition of the effluents supplied from the tank to the purification process chain and completely washed out the initial deposits present in the tank, as well as their absence during further operation, including zones located in the corners of the tank.

Claims

1. WAY OF HOMOGENIZATION OF WASTE WATER IN RECEIVING TANKS OF CLEANING STRUCTURES, including hydraulic mixing of the contents of the tanks, characterized in that the mixing is carried out using a pulsating mixing device immersed in the tank, operating from compressed air with a working pressure of 1.1 2.0 from the value hydrostatic pressure at the depth of immersion of the nozzle of the device, and the frequency of the hydraulic pulse is 0.1 10.0 min ^- ¹ .

2. The method according to claim 1, characterized in that simultaneously with hydraulic mixing carry out pneumatic mixing by air pulses carried out by a pulsating mixing device, and each air pulse is supplied after a hydraulic pulse with a ratio of the duration of the hydraulic and pneumatic pulses from 1 0.5 to 12.