RU2183592C2 - Установка для биохимической очистки сточных вод - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области биохимии, в частности к устройствам для биохимической очистки бытовых и близких к ним по составу сточных вод. Установка для биохимической очистки сточных вод содержит многоступенчатые биореакторы. Первая секция биореакторов на первой ступени выполнена двукоридорным аэротенком со свободноплавающим активным илом. Аэротенк по длине коридоров разделен на не менее 5-6 отсеков негерметичными поперечными перегородками. Секция на входе стоков в первый коридор аэротенка снабжена водосливными водоизмерительными приспособлениями, а на выходе стоков из второго коридора аэротенка - пульсационными илоотделителями. Перед ступенями биореакторов, работающими с иммобилизированными на волокнистой насадке гидробионтами, каждая секция биореакторов снабжена гальванокоагулятором с анодом из железной стружки и медными или графитовыми катодами. Гальванокоагулятор помещен в поток очищенной сточной жидкости, направляющей ее во вторую ступень биореакторов. Трубопровод осветленной от активного ила первой ступени биореакторов сточной жидкости сообщает илоразделитель и гальванокоагулятор секции посредством водосливного и измерительного приспособления. Насадка из волокнистых полимерных элементов закреплена на капроновых канатах, зафиксированных в объеме коридоров секций и отсеков распорками из пластмассовых труб или других профилированных элементов, обладающих устойчивостью на продольное сжатие. Технический результат: увеличение производительности и глубины очистки, упрощение обслуживания, улучшение массообменных процессов и рациональное взаимное расположение отдельных узлов очистной установки. 2 з. п. ф-лы, 1 табл., 10 ил.

Description

Изобретение относится к области биохимии, в частности к устройствам для очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод.

Известен многоступенчатый аэротенк-вытеснитель, обеспечивающий эффективную ускоренную биологическую очистку сточных вод (1).

Это устройство имеет несколько недостатков при очистке бытовых сточных вод. Поскольку треть органических примесей бытовых сточных вод находится в нерастворенном виде, то первая ступень многоступенчатого аэротенка-вытеснителя испытывает перегрузку по органическим веществам из-за кольматации ими волокнистой насадки. Вследствие нехватки кислорода наблюдаются анаэробные процессы, аммонификация азотсодержащих веществ. Кроме того, известное устройство не обеспечивает удаление фосфатов, глубокое удаление СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества) и ионов тяжелых металлов.

Известны гальванокоагуляторы в виде гальванической пары двух металлов или металла и графита для внесения ионов железа с целью связывания фосфатов в нерастворимое вещество - фосфат железа (2). Гальванокоагуляторы могут быть различной конструкции, но в отдельности, в сооружении, удаленном от биофильтров, к.п.д. перешедших в раствор ионов железа низкое. Железо может превратиться в нерастворимую в воде гидроокись, а ее активность по связыванию фосфатов низка. В момент же образования иона железа активность его в несколько раз выше, поэтому эффективность такого способа и устройства для обработки сточных вод значительно лучше.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, приведенное в (3), - многоступенчатый биореактор с плавающей волокнисто-пенопластовой загрузкой и совмещением биотехнологии с реагентными методами в одном корпусе, не нарушающее непрерывное и плавное удаление избыточной биомассы с поверхности насадок в процессе очистки воды.

Однако такое устройство применимо только к маломутным природным водам, а не к бытовым сточным водам.

Цель изобретения - увеличение производительности и глубины очистки, упрощение обслуживания, улучшение массообменных процессов и рациональное взаимное расположение отдельных узлов очистной установки, сокращающее протяженность коммуникаций.

Достигается поставленная цель тем, что в установке для биохимической очистки сточных вод, включающей резервуар, разделенный перегородками на секции и отсеки многоступенчатых биореакторов, системы коммуникаций для подвода, распределения и отвода сточных вод, рециркуляции иловых смесей, подвода воздуха, устройство для разделения разбавленных иловых смесей на иловую воду и сгущенный ил, устройство для приготовления и внесения в очищаемую воду реагентов, волокнистую насадку для удерживания иммобилизированных гидробионтов и приспособления для ее фиксации в объеме биореакторов:
- в каждой секции многоступенчатых биореакторов на первой ступени работает свободноплавающий активный ил, и ступень выполнена двукоридорным аэротенком-вытеснителем, для чего она разделена по длине не менее чем на 5-6 отсеков негерметичными поперечными перегородками на входе стоков в первый коридор аэротенка, снабжен водосливами, водоизмерительными приспособлениями, а на выходе из второго коридора аэротенка - тонкослойным пульсационным илоотделителем;
- перед ступенями биореакторов, работающих с иммобилизированными на волокнистой насадке гидробионтами, каждая секция биореакторов снабжена гальванокоагулятором с анодом из железной стружки и медным или графитовым катодом;
- трубопровод осветленной от активного ила первой ступени биореакторов сточной жидкости сообщает илоотделитель и гальванокоагулятор посредством водосливного и измерительного приспособления;
- гальванокоагулятор помещен перед второй ступенью биореакторов в лоток очищенной сточной жидкости так, чтобы сточная жидкость фильтровалась через смесь железного и медного скрапа;
- насадка из волокнистых полимерных элементов, например ершей, закреплена на капроновых шнурах и канатах, зафиксированных в пространстве объема коридоров секций и отсеков распорками из пластмассовых труб или других профилированных элементов, обладающих устойчивостью на продольное сжатие, а также замурованными в ограждающие поверхности коридоров закладными крюками или петлями;
- тонкослойные пульсационные илоотделители выполнены по противоточной или перекрестным схемам движения воды и ила, снабжены эрлифтами непрерывной откачки активного ила, баками пульсатора объемом от 0,01 до 0,03 доли от объема илоотделителя, сообщенными трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой с воздуховодами и атмосферой, причем один бак пульсатора имеет сифонное приспособление;
- гальванокоагулятор выполнен по объему равным объему илоотделителя со слоем скрапа не более 0,3 м и снабжен подвижным устройством-ворошителем скрапа и прикрепленными к нему трехструйными эжекторами промывки скрапа.

На фиг. 1 изображена предлагаемая установка для биохимической очистки сточных вод (вид сверху); на фиг.2 - аксонометрическая схема илоотделителя; на фиг. 3 - разрез А-А по гальванокоагулятору; на фиг.4 - аксонометрическая схема размещения насадки внутри ступеней биореакторов с крепежными шнурами и канатами, фиксирующими распорками и закладными крюками; на фиг.5 - водосливные и измерительные приспособления подачи сточных вод на очистку в первую ступень биореактора; на фиг.6а-6б - размещение и крепление перегородок, разделяющих ступени аэротенка нитри и денитрификации; на фиг.7 - аксонометрическая схема системы барботеров по ступеням аэробных биореакторов; на фиг.8 - схема устройства для срабатывания пульсаторов; на фиг.9 - трехструйный эжектор для подачи промывных сточных вод в гальванокоагуляторы; на фиг.10 -лоток гальванокоагулятора с подвижной площадкой, ворошителем скрапа и трехструйными эжекторами для отмывки иловых частиц и отложений гальванопроцесса с электродов.

На фиг. 1-5, 6а-6б, 7-10 приняты следующие обозначения:
Фиг. 1:
1 - резервуар, 2 - аэротенк, 3 - пульсационный тонкослойный илоотделитель, 4 - лоток подачи, распределения и измерения расходов сточных вод, 5 - лоток гальванокоагулятора, 6 - ворошитель скрапа, гальванокоагулятора, 7 - биореактор доочистки сточных вод (1 - денитрификатор, П - нитрификатор первой ступени доочистки, Ш - нитрификатор второй ступени доочистки), 8 - перегородка, 9 - насадка из волокнистого полимерного материала, 10 - подача стоков, 11 - возвратный активный ил, 12 - отвод стоков, 13 - рециркуляционный эрлифт.

Фиг. 2:
1 - блок тонкослойного отстаивания, 2 - корпус, 3 - опорная решетка, 4 - осадочные поддоны, 5 - баки пульсатора, 6 - эрлифты откачки ила, 7 - гибкий стык, 8 - карман впуска иловой смеси, 9 - карман выпуска очищенной воды, 10 - сбросная труба, 11 - воздух, 12 - перепускная труба.

Фиг. 3:
1 - ж/б лоток, 2 - смесь железного и медного скрапа, 3 - рельс ворошителя, 4 - перфорированный поддон, 5 - патрубок подвода воздуха в поддон.

Фиг. 4:
1 - ограждающие поверхности резервуара ступени, 2 - крюк, 3 - канат для крепления занавесей из ершей, 4 - занавес для ершей, 5 - фиксирующие распорки, 6 - барботера аэрации и регенерации ершей.

Фиг. 5:
1 - лоток подачи исходного стока на биологическую очистку, 2 - треугольные водосливы - измерители расхода, 3 - трубопровод подвода исходного стока, 4 - карман для сбора исходного стока подачи на аэротенк, 5 - трубопровод подачи исходного стока на аэротенк, 6 - карман для сбора исходного стока подачи на денитрификатор, 7 - трубопровод подачи исходного стока на денитрификатор, 8 - пластина, закрывающая водосливы.

Фиг. 6а:
1 - резервуар аэротенка, 2 - впуск стоков, 3 - выпуск стоков, 4 - перепускные окна, 5 - перегородки.

Фиг. 6б:
1 - подача стоков, 2 - денитрификатор, 3 - нитрификатор 1-й ступени, 4 - нитрификатор 2-й ступени, 5 - отвод очищенных стоков, 6 - рециркуляционный поток очищенных стоков, 7 - асбоцементная перегородка, не доходящая до дна, 8 - тканевые барботеры, 9 - перегородки, 10 - распорки из пластмассовых труб диаметром 100 мм или уголков стеклопластика в виде прямоугольников, 11 - узлы канатов диаметром 15 мм, используемых для крепления ершей, 12 - завесы из жестких ершей с шагом их размещения 50 мм и высотой 2,7 м.

Фиг. 7:
1 - магистральный воздуховод аэрации, 2 - барботеры аэрации, 3 - магистральный воздуховод регенерации, 4 - барботеры регенерации.

Фиг. 8:
1 - бак пульсатора, 2 - приямок, 3 - гибкое соединение бака пульсатора с поддоном илоотделителя, 4 - трубопровод, соединяющий баки пульсаторов, 5 - труба для сброса воздуха.

Фиг. 9:
1 - воздухораспределительная труба, 2 - воздухораспределительная труба, 3 - патрубок, 4 - полый зуб гребенки, 5 - сопло, 6 - наконечник, 7 - отверстие, 8 - кольцевой канал, 9 - камера смещения.

Фиг. 10:
1 - лоток, 2 - рельс, 3 - подвижная площадка, 4 - вертикальная труба, 5 - трубопровод подачи промывной воды, состоящий из шарнирно соединенных звеньев, 6 - трехструйный эжектор, 7 - гребенка ворошителя, 8 - смесь железного и медного скрапа.

Установка для биохимической очистки сточных вод работает следующим образом.

Сточная жидкость поступает по лотку 1 (фиг.5) через треугольные водосливы-измерители расхода стоков 2 (фиг.5) в карманы 4 (фиг.5) и далее по трубопроводу 5 (фиг. 5) в первые коридоры каждой секции аэротенка 2 (фиг.2). Последовательно проходя отсеки аэротенка через перепускные окна 4 (фиг.6а), в результате обработки сточной жидкости свободноплавающим активным илом, поступающим из илоотделителей (фиг.2), происходит полная биологическая ее очистка.

Илоотделители (фиг.2) работают следующим образом.

Иловая смесь аэротенка поступает в карман 8 (фиг.2) впуска и распределяется в блоке 1 (фиг.2) тонкослойного отстаивания между его наклоненными под углом 60^o к горизонту пластинами (полками). Двигаясь в горизонтальном направлении (в тонкослойных илоотделителях с перекрестной схемой движения воды и ила), иловая смесь расслаивается. Осветленная вода поступает в карман 9 (фиг.2) выпуска очищенной воды, а ил сползает по полкам в поддоны 4 (фиг. 2). Поскольку от трения воды и ила поверхность полок получает поверхностный электростатический заряд (как правило, положительный), а частицы ила имеют поверхностный заряд (на 80% отрицательный), то ил налипает на полки и загнивает в коржах вследствие нехватки кислорода на дыхание микроорганизмов. Исключить электростатический заряд у поверхности полок можно путем пульсации потока в вертикальном направлении. Для этого необходимо периодически понижать и повышать уровень воды в илоотделителях. Однако изменение уровня должно быть не плавным, а резким. Изменение уровня должно составлять 3-5 см, а продолжительность от 0,5 до 5 минут (зависит от состава и количества биомассы активного ила аэротенков).

Процесс пульсации обеспечивается с помощью воздуха и баков пульсации 5 (фиг. 2). Воздух по трубопроводу 11 (фиг.2) непрерывно поступает в верхнюю часть одного из баков 5 (фиг.2). По перепускной трубе 12 (фиг.2) воздух вытесняет одновременно ил из обоих баков 5 (фиг.2) в поддоны 4 (фиг.2) и в эрлифты 6 (фиг. 2) откачки активного ила. Поддоны 4 (фиг.2) и баки 5 (фиг.2) соединены гибкими рукавами 7 (фиг.2), чтобы вибрация от эрлифтов 6 (фиг.2) не передавалась на корпус 2 (фиг.2) илоотделителей. Когда воздух выдавит воду из приямка 2 (фиг.8) в трубу 5 (фиг.8) и вытолкнет ее в атмосферу над уровнем жидкости в аэротенке, давление в баках пульсации 5 (фиг.2) резко снизится, жидкость из поддонов 4 (фиг.2) устремится в баки пульсации 5 (фиг. 2) и заполнит приямок 2 (фиг.8). Воздух перестает стравливаться через трубу 5 (фиг. 8) и процесс вытеснения иловой смеси из баков пульсации 5 (фиг.2) возобновится. Когда иловая смесь вытесняется из баков пульсации 5 (фиг.2), уровень жидкости в илоотделителях (фиг.2) поднимается и идет перелив осветленной сточной жидкости в карман 9 (фиг.2). В период, когда давление воздуха в баках пульсации 5 (фиг. 2) резко снижается, иловая смесь из поддонов 4 (фиг. 2) устремляется в баки пульсации 5 (фиг.2), уровень жидкости в илоотделителях (фиг. 2) понижается вплоть до такого, что перелив воды в карман 9 (фиг.2) прекращается. В то время, когда уровень воды в илоотделителях понижается, происходит сползание ила с полок тонкослойного блока отстаивания 1 (фиг. 2) в поддоны 4 (фиг.2). Запорно-регулирующая арматура на трубах подачи и стравливания воздуха необходима вследствие наличия экстремума эффективности процесса осветления при различных концентрациях ила в аэротенке в зависимости от промежутка времени между пульсациями. Стоки в аэротенках освобождаются от большинства органических веществ, азота аммонийного и частично от фосфатов. Однако эти примеси еще остаются в стоках в количествах, не допустимых для выпуска стоков в рыбохозяйственные водоемы. Поэтому стоки нуждаются в более глубокой доочистке с использованием реагентов и прикрепленных к насадке гидробионтов.

Для осуществления процесса глубокой доочистки сточных вод после илоотделения в пульсационных тонкослойных илоотделителях осветленная сточная жидкость направляется на обработку в гальванокоагуляторы 5 (фиг.1), где в результате гальванопроцесса, протекающего в воде в ходе взаимодействия частиц железного и медного скрапа, вода насыщается растворенными ионами железа, оксидами железа и ферромагнитными соединениями (гатит, лепидокрокит, железо-магнит). Оксиды железа реагируют с ортофосфатами нерастворимых солей фосфата железа. Тем самым сточная жидкость освобождается от растворенных в воде фосфатов. Ионы железа и ферромагнитные соединения способствуют более глубокому удалению из сточных вод синтетических поверхностно-активных веществ и нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов. Процесс обработки стоков соединениями железа происходит в фильтре из смеси железного и медного скрапа, поэтому полнота обработки всего стока гарантирована. Из гальванокоагулятора сточная жидкость перетекает в блок глубокой биологической доочистки - блок нитри-денитрификации (фиг. 6б). Блок доочистки включает 3 ступени, первая из которых является денитрификатором, а две другие - нитрификаторами.

В денитрификатор подается наряду со стоком из гальванокоагулятора и часть исходной сточной жидкости - источник легкоусваиваемых органических веществ для денитрификации. Кроме того, с выхода 12 (фиг.1) очистной установки в денитрификатор возвращается эрлифтом 13 (фиг.1) рециркуляционный расход сточных вод - источник нитратов на денитрификацию. Рециркуляционный поток разбавляет исходную сточную жидкость, обогащает очищаемую смесь потоков сточной жидкости кислородом, поэтому денитрификация возможна при наличии четко управляемой подачи исходного стока, системы аэрации (фиг.7) и регулируемой гидродинамики движения очищаемой сточной жидкости. Из денитрификатора 2 (фиг. 6б) сточная жидкость поступает на 1 ступень нитрификации 3 (фиг.6б), где за счет существенного увеличения подачи кислорода воздуха, степени аэробности среды, увеличения биомассы микроорганизмов-нитрификаторов происходит доокисление органических веществ и нитрификация соединения восстановленного азота.

Объем баков пульсации должен быть не менее 0,01-0,03 от объема илоотделителей, так как слой пульсации должен составлять 3-5 см, а это достигается при вышеуказанном соотношении объемов. Соотношение найдено экспериментально для илоотделителей с перекрестной и противоточной схемами движения воды и ила. При этом соотношение 0,01 применимо для противоточных, а 0,03 - для перекрестных илоотделителей. Замена в очистной установке отстойных сооружений илоразделения большой глубины на тонкослойные обеспечивает достижение поставленной цели - увеличение производительности единицы объема емкостных сооружений для биохимической очистки сточных вод. При такой замене гидравлическая нагрузка на единицу объема емкостного сооружения илоразделения увеличивается в 5 раз, а следовательно, суммарный объем аэротенка и вторичного отстойника снижается не менее чем на 20%. При одинаковых объемах емкостных сооружений предлагаемой очистной установки и традиционной - производительность предлагаемой очистной установки на 20% выше. Размещение тонкослойных илоотделителей непосредственно в аэротенке существенно уменьшает протяженность коммуникаций как по перекачке возвратного активного ила, так и по подаче иловых смесей на илоразделение, по отводу осветленной воды на последующую доочистку.

Устройство аэротенков двукоридорными также обеспечивает уменьшение длины коммуникаций по возврату активного ила в аэротенк, поскольку вход сточных вод и расположение илоотделителей находится у одного торца аэротенка.

Оснащение установки по биохимической очистке сточных вод гальванокоагулятором и его расположение между аэротенком и блоком доочистки, в котором используется прикрепленный биоценоз микроорганизмов, обосновано тем, что гальванопроцесс с железными и медными электродами обеспечивает глубокое извлечение из сточных вод фосфатов с одновременным воздействием на комплексы поверхностно-активных веществ с ионами тяжелых металлов, нефтепродукты и многие другие трудноокисляемые органические вещества, создающие возможность в последующем с помощью иммобилизированных на развитой, полимерной насадке, например, из ершей, осуществить их глубокую деструкцию и очистку сточных вод.

Расположение гальванокоагулятора между аэротенком и блоком доочистки в предлагаемой установке для биохимической очистки сточных вод позволяет уменьшить вынос металла (железа) для достижения требуемого эффекта очистки по фосфатам и органическим веществам, уменьшить объемы сооружений и специальных устройств и тем самым уменьшить эксплуатационные затраты на обслуживание установки.

Оснащение гальванокоагуляторов устройствами для отмывки скрапа от ила и отложений гальванопроцесса обусловлено пассивацией гальванопроцесса продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, фосфатами железа и другими отложениями. Высота слоя скрапа не должна быть более 0,3 м, что обеспечивает работу ворошителя и позволяет полностью отмывать его от отложений. Величина слоя найдена экспериментально, на основании технико-экономических расчетов и расчетов трудоемкости эксплуатации.

Объем гальванокоагулятора должен быть равен объему илоотделителя вследствие того, что у частиц скрапа необходимо иметь достаточную для растворения железа поверхность. Поскольку для бытовых сточных вод содержание примесей, подлежащих обработке в воде, прошедшей аэротенки на полную биологическую очистку, более-менее стабильно, то размеры гальванокоагулятора также могут быть зафиксированы. Однако при стабильной глубине гальванокоагуляторов размеры их по длине и ширине могут быть различными.

Снабжение биореакторов, работающих с иммобилизированной на волокнистой, полимерной насадке гидробионтами, новой системой крепления ее фиксации в пространстве обусловлено опытом эксплуатации действующих биореакторов с ершовой насадкой. Первыми вследствие коррозии металла выходят из строя каркасы для крепления ершей. Замена металлических каркасов с пластмассовыми распорками позволяет увеличить срок эксплуатации насадки до уровня долговечности бетонных конструкций, т.е. до 25 лет (вместо 5 лет для металлоконструкций).

Схемы взаимного расположения денитрификаторов и нитрификаторов, эрлифты рециркуляции стоков и системы барботеров аэрации и регенерации установлены экспериментально при оптимизации эффективности и экономичности процесса глубокой доочистки сточных вод.

В таблице приведены сравнительные величины объемов сооружений биологической очистки сточных вод, стоимости коммуникаций и глубины очистки от различных ингредиентов для предлагаемой конструкции и базового, традиционного типа. Как следует из таблицы, объем сооружений снижается на 20%, стоимость коммуникаций примерно в 2 раза, глубина очистки от СПАВ, нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов увеличивается на порядок.

Источники информации
1. Авт.св. СССР 1463721, С 02 F 3/20, 07.03.89, Бюл. 9. Многоступенчатый аэротенк-вытеснитель.

2. Коагулятор барабанный. Техническое описание КК 234.00.000 ТО. "Казмеханобр". Алма-Ата, 1985.

3. М. Г.Журба и др. Очистка цветных маломутных вод, содержащих антропогенные примеси. Водоснабжение и сан.техника - 1977, 6 (прототип).

Claims (3)

1. Установка для биохимической очистки сточных вод, включающая резервуар, разделенный перегородками на секции и отсеки многоступенчатых биореакторов, системы коммуникаций для подвода, распределения и отвода сточных вод, рециркуляции иловых смесей, подвода воздуха, устройство для разделения разбавленных иловых смесей на иловую воду и сгущенный ил, устройство для приготовления и внесения в очищаемую воду реагентов, волокнистую насадку для удерживания иммобилизированных гидробионтов и приспособления для ее фиксации в объеме биореакторов, отличающаяся тем, что каждая секция многоступенчатых биореакторов на первой ступени выполнена двукоридорным аэротенком со свободноплавающим активным илом для создания режима вытеснения, разделена по длине коридоров на не менее 5-6 отсеков негерметичными поперечными перегородками, снабжена на входе стоков в первый коридор аэротенка водосливными водоизмерительными приспособлениями, а на выходе стоков из второго коридора аэротенка - пульсационными илоотделителями; перед ступенями биореакторов, работающими с иммобилизированными на волокнистой насадке гидробионтами, каждая секция биореакторов снабжена гальванокоагулятором с анодами из железной стружки (скрапа) и медными или графитовыми катодами, трубопровод осветленной от активного ила первой ступени биореакторов сточной жидкости сообщает илоразделитель и гальванокоагулятор секции посредством водосливного и измерительного приспособления, гальванокоагулятор помещен в лоток очищенной сточной жидкости, направляющий ее во вторую ступень биореакторов, насадка из волокнистых полимерных элементов, например, ершей, закреплена на капроновых канатах, зафиксированных в объеме коридоров секций и отсеков распорками из пластмассовых труб или других профилированных элементов, обладающих устойчивостью на продольное сжатие.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что тонкослойные пульсационные илоотделители выполнены по противоточной или перекрестной схемам движения воды и осадка, снабжены эрлифтами непрерывной откачки активного ила, баками пульсатора, имеющими сифон, объем бака - от 0,01 до 0,03 от объема илоотделителя, баки пульсатора сообщены трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой с воздуховодом и атмосферой.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что гальванокоагулятор выполнен по объему равным объему илоотделителя со слоем скрапа не более 0,3 м, снабжен подвижными устройствами - ворошителями и прикрепленными к ним трехструйными эжекторами промывки катодов и анодов, а также незатопленным водосливом, изготовлен из некоррозионно активных материалов.

Images