Компактна установка біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації

1. Компактна установка біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації, що включає засоби подачі і транспортування стічних вод, що підлягають очищенню, в очисний блок, що складається з аеротенка, що має аеробну та аноксидну зони, аератора, встановленого в аеробній зоні, і багатокасетного мембранного модуля, з'єднаний з очисним блоком блок знезаражування стічних вод, засоби для прокачування стічних вод, засіб відводу очищених стічни х вод і засіб контролю роботи установки, яка відрізняється тим, що очисний блок виконаний з послідовним з'єднанням аеротенка і багатокасетного мембранного модуля з забезпеченням рециркуляції стічних вод за допомогою насоса рециркуляції. 2. Компактна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що багатокасетний мембранний модуль розміщений в ізольованій мембранній ємності. 3. Компактна установка за п. 1 або п. 2, яка відрізняє ться тим, що багатокасетний мембранний модуль складається з 10-20 мембранних касет. 4. Компактна установка за п. 3, яка відрізняється тим, що багатокасетний мембранний модуль обладнаний аератором. 5. Компактна установка за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняє ться тим, що аноксидна зона аеротенка обладнана заглибними мішалками. U 2 (11) 1 3 29477 забруднення, що є присутніми у стічних водах, при цьому виділяючи енергію і розмножуючись. Основні процеси біологічного очищення - це ферментативне розкладання і біологічне окислювання, тобто розкладання за допомогою білкових ферментів до більш простих органічних сполук з виділенням вуглецю, і окислювання його киснем або іншим окислювачем. До таких систем відносяться і широко використовувані аеротенки, що мають аеробну та аноксидну зони, що багато в чому дозволяє забезпечити високу ефективність і глибину очищення. Однак традиційно у відомих установках біологічного очищення широко застосовується метод осадження активного мулу, тобто скупчення активних мікроорганізмів, у вторинних відстійниках. Така реалізація очисних установок приводить до збільшення загальних обсягів очисних споруд, а також сприяє зниженню концентрації активного мулу, що у свою чергу не дозволяє одержувати високу і стабільну якість очищення стічних вод. Альтернативою описаному методу осадження активного мулу є використання мембранної фільтрації для поділу мулової суміші. Мембранна фільтрація являє собою процес поділу речовин на напівпроникній мембрані. Для реалізації процесу мембранної фільтрації компактні установки біологічного очищення стічних вод обладнують мембранними модулями, що дозволяє зменшити об'єми, які займають очисні установки. Однак не кожна з відомих конструкцій компактних установок біологічного очищення стічних вод з використанням мембранної фільтрації дозволяє забезпечити належний рівень очищення стічних вод при забезпеченні оптимальних експлуатаційних характеристик установки при можливих змінах навантаження на установку і коливаннях складу стічних вод. Таким чином, актуальною є розробка конструкції компактної установки біологічного очищення, яка б сполучила в собі зазначені методи очищення стічних вод без зниження ефективності очищення. З патенту Російської Федерації №2305074 відома установка для очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації. Реалізація мембранної фільтрації здійснюється з використанням пристроїв мікрофільтрації, ультрафільтрації або нанофільтрації, при цьому також використовуються засоби гравітаційного поділу, наприклад, просвітлювач. Перед пристроєм гравітаційного поділу вводять у потік, що очищається, перший порошкоподібний адсорбуючий реагент, перед пристроєм мембранного поділу вводять другий порошкоподібний адсорбуючий реагент, також уводять коагулянт. До недоліків описаної установки можна віднести значну кількість різних хімічних реагентів, що застосовуються при реалізації процесу очищення стічних вод, що приводить до підвищення вартості способу очищення. Також до недоліків можна віднести необхідність здійснення постійного контролю ходу процесу очищення і як наслідок, необхідність практично постійної 4 присутності обслуговуючого персоналу в межах очисної споруди. Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є компактна установка біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації, [описана у патенті США №6743362], що включає засоби подачі і транспортування стічних вод, що підлягають очищенню, в очисний блок, що складається з аеротенка, який має аеробну та аноксидну зони, аератора, встановленого в аеробній зоні, і багатокасетного мембранного модуля, з'єднаний з очисним блоком блок знезаражування стічних вод, засіб для прокачування стічних вод, засіб відводу очищених стічних вод і засіб контролю роботи установки. При цьому очисний блок розміщений в одному загальному контейнері, де і знаходяться аеротенк і багатокасетний мембранний модуль. Також при реалізації процесів очищення може бути передбачене знезаражування хлором. Засіб контролю роботи установки являє собою зокрема засіб для контролю і підтримування необхідної концентрації розчиненого у воді кисню. До недоліків описаного технічного рішення можна віднести компонування установки, при якій очисний блок розміщений в одному загальному контейнері, де і знаходяться аеротенк і багатокасетний мембранний модуль, при цьому мінімальний рівень перемішування стічних вод, що піддаються очищенню, забезпечується за рахунок турбулентності, що виникає при роботі аератора. Процеси біологічного очищення і мембранної фільтрації сполучені за рахунок взаємного розташування елементів очисного блоку. Така реалізація очисного блоку не дозволяє забезпечити достатню ефективність очищення при значному ступені забруднення стічних вод, оскільки очисний блок виконаний за так званою одинарною схемою, без забезпечення рециркуляції стічних вод, що підлягають очищенню, між аеротенком і багатокасетним мембранним модулем, що у свою чергу приводить до зниження ефективності видалення азотистих забруднень, наприклад, амонійного азоту, що у великій кількості міститься в сечі людини, і природно, міститься в стічних водах, що у свою чергу приводить до необхідності наступного доочищення стічних вод, а значить до підвищення витрат на експлуатацію установки. Крім того, до недоліків установки можна віднести складну систему контролю концентрації розчиненого у воді кисню, рівень якого повинний змінюватися в аеробній і аноксидній зонах аератора, що у свою чергу обумовлено розміщенням очисного блоку в одному загальному контейнері і сполученням процесів біологічного очищення і мембранної фільтрації. Така система контролю роботи установки не дозволяє забезпечити гарну керованість установки в цілому, а також забезпечити можливість дистанційного одержання інформації про параметри установки. В основу корисної моделі поставлена задача створення компактної установки біологічного очищення і знезаражування стічних вод з 5 29477 використанням мембранної фільтрації, що за рахунок свого конструктивного виконання і розташування певним чином елементів очисного блоку друг відносно друга при невеликій площі очисної споруди дозволить забезпечити ефективне очищення стічних вод з високим ступенем забруднень, забезпечити видалення широкого спектра забруднень, дозволить поліпшити керованість установки, що у свою чергу дозволить підвищити автономність установки і знизити витрати на її експлуатацію. Поставлена задача вирішується тим, що розроблено компактну установку біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації, що включає засоби подачі і транспортування стічних вод, що підлягають очищенню, в очисний блок, що складається з аеротенка, що має аеробну та аноксидну зони, аератора, встановленого в аеробній зоні, і багатокасетного мембранного модуля, з'єднаний з очисним блоком блок знезаражування стічних вод, засоби для прокачування стічних вод, засіб відводу очищених стічних вод і засіб контролю роботи установки, при цьому очисний блок виконаний з послідовним приєднанням аеротенка до багатокасетного мембранного модуля з забезпеченням рециркуляції стічних вод за допомогою насоса рециркуляції. Реалізація установки біологічного очищення з розташуванням певним чином елементів очисного блоку друг відносно друга, зокрема з послідовним з'єднанням аеротенка до багатокасетного мембранного модуля, дозволяє забезпечити ефективне очищення стічних вод від різних забруднювачів, забезпечити видалення важких металів, видалення практично всіх бактерій і вірусів і досягати стабільного кінцевого результату. Сполучення методів біологічного очищення стічних вод і мембранної фільтрації, що ефективно реалізуються за рахунок послідовного з'єднання аеротенка з багатокасетним мембранним модулем, дозволяє підвищити концентрацію активного мулу в очисному блоці до 10-20г/л (у звичайному аеротенку - до 3г/л). Високі концентрації активного мулу дозволяють експлуатувати установку в режимі низьких навантажень, що створює резерв окислювальної здатності, і підвищує стійкість біоценозу активного мулу до коливань складу стічних вод і пікових навантажень, що у свою чергу дозволяє забезпечити стабільну якість очищення. З іншого боку, високі концентрації активного мулу багаторазово підвищують окислювальну потужність споруди у цілому, що дає можливість очищати висококонцентровані стічні води з високим вмістом органічних речовин. Високі дози мулу дозволяють скоротити час перебування стічних вод у споруді. Як наслідок, значно зменшується площа, що займається установкою. Також застосування мембранної фільтрації сприяє глибоким змінам у структурі біоценозу активного мулу. Вік мулу в такій установці звичайно складає 25-30 діб, нерідко перевищуючи 60-70 діб. При цьому основна частина активного мулу представлена повільно зростаючою 6 мікрофлорою, що найбільш ефективно розкладає важкоокислювальні органічні речовини в стічній воді. Переваги повільнозростаючої мікрофлори дозволяє значно знизити приріст активного мулу, і, отже необхідні потужності обладнання по зневоднюванню надлишкового активного мулу. Доцільним є виконання очисного блоку з забезпеченням рециркуляції стічних вод між багатокасетним мембранним модулем і аеротенком за допомогою насоса рециркуляції. .Наявність насоса забезпечує 2-х - 4-х кратну рециркуляцію. Необхідність такої рециркуляції дозволяє забезпечити високу ефективність видалення азотистих забруднень, зокрема амонійного азоту, що у великій кількості міститься в сечі людини, і природно, міститься в стічних водах, що у свою чергу дозволяє не вдаватися до наступного доочищення стічних вод, а значить знизити витрати на експлуатацію установки в порівнянні з традиційними установками очищення стічних вод. Переважною є така реалізація установки, при якій багатокасетний мембранний модуль розміщений в ізольованій мембранній ємності. У даному випадку, ізольоване розміщення мембранного модуля дозволяє забезпечити зручний доступ до нього для здійснення експлуатаційного обслуговування, оскільки в процесі фільтрації на поверхні мембран і всередині пор утворюється шар відкладень, для видалення яких використовуються різні методи, зокрема, крупнопузирчата аерація, зворотне промивання відфільтрованою водою, зворотне промивання реагентами, а також періодичне замочування мембран у розчинах реагентів. Ізольоване розміщення мембранного модуля забезпечує можливість проведення необхідних процедур без зупинки установки і не впливає на здійснення процесів біологічного очищення, що проходять в аеротенку. Аеротенк складається з двох зон: аноксидної зони та аеробної зони. Наявність аноксидної і аеробної зон дозволяє підвищити ефективність видалення речовин азотної групи. Низька концентрація розчиненого кисню в аноксидній зоні приводить до розвитку процесів денітрифікації. Доцільною є така реалізація установки, при якій аноксидна зона аеротенка обладнана заглибними мішалками. Це дозволяє виконати обов'язкову вимогу забезпечити мінімальну концентрацію розчиненого кисню і скоротити загальні витрати на аерацію мулової суміші. Багатокасетний мембранний модуль може складатися з 10-20 мембранних касет. Таке виконання модуля дозволяє забезпечити високий ступінь фільтрації стічних вод, а також у разі потреби регулювати потужність мембранної фільтрації та очисної потужності установки взагалі шляхом варіювання кількості касет мембранного модуля. У кожній касеті розташовується від 5 до 15 пучків мембранних волокон. Порожньоволоконна мембрана являє собою порожню нитку зовнішнім діаметром близько 2мм і довжиною до 2м. Поверхня нитки являє собою ультрафільтраційну мембрану з розміром пор 7 29477 0,03-0,1мкм. Кожен пучок складається з 100-1000 мембранних волокон і обладнаний загальним патрубком для відводу фільтрату. Настільки малий розмір пор є фізичним бар'єром для проникнення організмів активного мулу, що мають розмір більш 0,5мкм, що дозволяє цілком відокремити активний мул від стічної води і знизити концентрацію зважених речовин в очищеній воді до 1мг/л і менш. При цьому доцільним є обладнання багатокасетного мембранного модуля аератором. Це дозволяє підтримувати активний мул у зваженому стані під час його перебування в мембранному модулі, а також періодично здійснювати видалення відкладень з поверхні мембран. Доцільним є таке виконання установки, при якому блок знезаражування стічних вод виконаний з можливістю знезаражування ультрафіолетом. Ультрафіолетове знезаражування води - це простий і сучасний метод, при реалізації якого не використовуються хімічні реагенти. Використання зазначеного методу підвищує екологічну безпеку, високу ефективність і економічність при використанні установки. У воді при цьому не утворюються шкідливі для людини речовини, на відміну від методів хлорування й озонування. Крім того, те хнологія ультрафіолетового знезаражування має дуже високу ефективність впливу на бактерії, віруси і найпростіші і має ряд переваг у порівнянні з окисними технологіями, що у свою чергу дозволяє підвищити глибину очищення навіть концентрованих стічних вод при застосуванні установки. Засобами подачі і транспортування стічних вод, що підлягають очищенню, в очисний блок є трубопроводи. Також установка обладнана блоком попереднього очищення стічних вод, спрямованих в очисний блок. Блок попереднього очищення стічних вод може являти собою ємність для накопичення стічних вод, що підлягають очищенню, звідкіля насосом вода подається в блок очищення стічних вод від твердих включень. Це дозволяє перед надходженням води в очисний блок провести ефективне видалення великих включень і волосся. Засобами для прокачування стічних вод є насосні агрегати. Засобом відводу очищених стічних вод є насос і напірний трубопровід, що направляють очищену воду або в резервуар з чистою водою, або до місця скидання очищених стічних вод. Переважним є таке виконання установки, при якому засоби контролю роботи установки являють собою систему керування насосними агрегатами і систему контролю параметрів установки. Використання системи керування насосними агрегатами дозволяє заощаджувати електроенергію при добових і сезонних коливаннях надходження стічних вод в очисну споруду. Економія електроенергії при експлуатації даної установки досягається за рахунок використання частотного регулювання. Частотне регулювання насоса фільтрації, наприклад, здійснюється для забезпечення сталості потоку через поверхню мембрани при збільшенні опору 8 мембрани за рахунок утворення відкладень. Зниження експлуатаційних витрат при використанні установки з наявністю системи керування насосними агрегатами відбувається за рахунок виключення з роботи різних дроселів, заслінок, клапанів і систем їх керування, а також за рахунок виключення гідроударів і надлишкового тиску в системі трубопроводів. Крім того, застосування системи керування насосними агрегатами дозволяє забезпечити цілком автоматичний режим роботи насосних агрегатів, а технологічні параметри відслідковуються за допомогою датчиків. При необхідності будь-який насос у групі може бути переведений у ручний режим. Також засобом контролю роботи установки є система контролю параметрів установки. Система контролю параметрів включає контролер, графічну панель із кнопками і GSM-модуль. Доцільним є виконання системи контролю параметрів установки з можливістю візуалізації поточних параметрів установки за допомогою графічної панелі, що дозволить у значній мірі підвищити зручність експлуатації установки і керованість установки взагалі. За допомогою графічної панелі можна здійснювати контроль параметрів установки, наприклад, контролювати трансмембранний тиск, що сигналізує про необхідність хімічного зворотного промивання, контролювати періодичність і тривалість зворотного промивання, продуктивність всієї установки, можливість ручного включення насосного і компресорного обладнання, можливість незалежного запуску різних контурів установки. Переважним є таке виконання установки, при якому система контролю параметрів очисного блоку з використанням GSMмодуля виконана з можливістю передачі інформаційних повідомлень про стан основних параметрів установки на GSM-пристрій, наприклад, на мобільний телефон. Це дозволяє здійснювати ефективний контроль роботи установки дистанційно, дозволяє забезпечити стабільну роботу установки, а також швидку ліквідацію позаштатних ситуацій при їх виникненні. Усе це значно полегшує процес керування роботою очисної установки і підвищує безпеку, ефективність і економічну доцільність її використання. Перелік графічних матеріалів Фіг.1 - принципова схема компактної установки біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації. Фіг.2 - план 1-го поверху компактної установки біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації в двоповерховому виконанні. Фіг.3 - план 2-го поверху компактної установки біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації в двоповерховому виконанні. На Фіг.1 представлена принципова схема компактної установки біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації. Установка включає засіб 9 29477 подачі 1 стічних вод в очисний блок 2, засоби транспортування стічних вод 3. Очисний блок 2 складається з аеротенка 4 з аеробною 5 і аноксидною 6 зонами, аератор 7, багатокасетний мембранний модуль 8, розміщений в ізольованій мембранній ємності 9, і насос рециркуляції 10. Аноксидная зона 6 обладнана заглибними мішалками 11. Також представлений блок знезаражування стічних вод 12, засоби для прокачування стічних вод 13, засіб відводу очищених стічних вод 14. Також на Фіг.1 представлені блок попереднього очищення стічних вод 15, витратні реагентні баки 16 і резервуар чистої води 17. На Фіг.2 представлений план 1-го поверху компактної установки біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації в двоповерховому виконанні. Всі елементи позначені тими ж позиціями, що і на Фіг.1. Також на Фіг.2 представлений сходовий проріз 18. На Фіг.3 представлений план 2-го поверху компактної установки біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації в двоповерховому виконанні. Всі елементи позначені тими ж позиціями, що і на Фіг.1 і 2. Також на Фіг.3 представлений засіб контролю роботи установки 19. Робота компактної установки біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації здійснюється в такий спосіб. Стічні води, що надходять від населеного пункту або підприємства, подають у блок попереднього очищення стічних вод 15. Блок попереднього очищення стічних вод 15 являє собою ємність для накопичення стічних вод, що підлягають очищенню, куди і надходять стічні води. Час перебування стічних вод у ємності для накопичення стічних вод визначають коефіцієнтом нерівномірності припливу стічних вод протягом доби і розраховують таким чином, щоб при надходженні стоків на очисні споруди загальний коефіцієнт нерівномірності не перевищував 1,21,3. Для господарсько-побутови х стічних вод розмір ємності для нагромадження стічних вод у першому наближенні може прийматися з розрахунку 8-ми годинного перебування стічних вод. Стічну воду з ємності насосом 13 по трубопроводу 3 подають у блок очищення стічних вод від твердих включень, що у даному випадку являє собою ґрати у виді похилого сита з прозором менш 1мм. Відходи з ґрат по рукаві надходять у бак для збору відходів, що знаходиться під ґратами. Час перебування відходів у баці складає 1-3 доби. За цей час надлишкова (дренажна) вода через ґратчасте дно контейнера попадає в нижній дренажний відсік, звідкіля самопливом надходить у бак дренажної води і періодично відкачується дренажним насосом. Очищену від великих включень воду направляють за допомогою засобу подачі 1 в очисний блок 2, а саме в аеротенк 4, у його 10 аеробну 5 і аноксидну 6 зони. В аеробній зоні концентрацію надлишкового розчиненого кисню забезпечують у межах 1-2мг/л за допомогою аератора 7. Мінімальну концентрацію розчиненого кисню в аноксидній зоні забезпечують за допомогою заглибних мішалок 11. Аеротенк 4 додатково обладнаний вертикальними і горизонтальними перегородками для створення режиму повного витиснення і запобігання проскакування недоочищених стічних вод до насоса рециркуляції 10. Насосом рециркуляції 10 мулову суміш по трубопроводу 3 перекачують у багатокасетний мембранний модуль 8, розміщений в ізольованій мембранній ємності 9. Кілька разів у добу насосом 10 подають надлишковий активний мул по трубопроводу 3 на зневоднювання. Здійснюють 2-х - 4-х кратну рециркуляцію мулової суміші для деконцентрації мембранного модуля 8 і створення однакової концентрації мулової суміші в ємностях очисного блоку 2. Концентрацію активного мулу приймають рівною 10-14г/л. Час перебування стічної води в ємностях біологічного очищення - 3-5 годин. Фільтрацію здійснюють під дією вакууму, створюваного на внутрішній поверхні мембранного волокна самовсмоктувальним насосом фільтрації. Очищену стічн у воду насосом подають через блок знезаражування стічних вод 12 ультрафіолетом у резервуар чистої води 17 або по напірному трубопроводу 13 до місця скидання очищених стічних вод. В аератор 7 аеротенка 4 і аератор багатокасетного мембранного модуля 8 (періодично) подають повітря повітродувкою. Зворотне промивання мембран очищеною водою здійснюється насосом зворотного промивання. Періодичність зворотного промивання складає 10 хвилин, а тривалість зворотного промивання - 20 секунд. Режим зворотного промивання цілком автоматизований. Зворотне промивання реагентами здійснюють один раз у 2 тижні насосом. У якості реагентів використовують гіпохлорид натрію і лимонну кислоту. Розчин готують у витратних реагентних баках 16, після чого дозують в мембрани протягом 30-45 хвилин. Далі відновляється нормальний процес фільтрації. Один раз у рік здійснюють замочування мембран у розчині гіпохлориду натрію і лимонної кислоти. Для цього мембранна ємність 9 спорожняється і заповнюється розчином гіпохлориду або натрію лимонної кислоти. Процедура замочування займає 12-16 годин. Таким чином, корисна модель, що заявляється, являє собою компактну установку біологічного очищення і знезаражування стічних вод з використанням мембранної фільтрації, що за рахунок свого конструктивного виконання і розташування певним чином елементів очисного блоку друг відносно друга при невеликій площі очисного спорудження дозволяє забезпечити ефективне очищення стічних вод з високим ступенем забруднень, забезпечити видалення широкого спектра забруднень, дозволяє поліпшити керованість установки, що у свою чергу 11 дозволяє підвищити автономність установки і знизити витрати на її експлуатацію. 29477 12